페로브스카이트 적색 발광소자 색 안정성 향상 실마리
나노결정 표면 결함 제거하여 색안정성 페로브스카이트 개발
□ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 부경대학교 이보람 교수 연구팀 등이 참여한 국제공동연구로 발광 파장 안정성이 우수한 고효율의 적색 페로브스카이트 발광소자가 개발됐다고 밝혔다.
○ 페로브스카이트 발광체는 높은 색순도, 높은 발광효율, 색조절 용이성, 저렴한 소재 비용으로 인해 차세대 디스플레이 소재로 활발히 연구되고 있다.
□ 영국 옥스퍼드 대학, 미국 오레곤 대학, 영국 캠브리지 대학, 페로주 대학, 인도과학원 등 5개 기관 연구자들이 참여한 이번 연구는 EU 호라이즌 프로그램의 하나로, 유연하고 가벼운 페로브스카이트 소자를 목표로 하는 페로큐브 프로젝트(PEROCUBE project)의 일환이다.
○ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업 (신진연구, 중견연구, 기초연구실) 등의 지원도 이뤄졌으며 연구의 성과는 국제학술지 '네이처(Nature)' 에 3월 4일 게재되었다. 이보람 교수 등은 페로브스카이트 발광소자를 제작하고 발광 소재 및 소자 특성을 분석하는 역할을 맡았다.
□ REC2020*을 만족하는 높은 색 순도와 색 조절까지 용이한 경제적인 디스플레이 소재를 찾으려는 연구가 활발한 가운데 금속 할라이드 페로브스카이트* 발광체가 주목받고 있다.
※ REC2020 : 넓은 색역, 해상도, 프레임레이트, 색깊이, 컬러, 휘도-색도 컬러표현, 크로마 서브샘플링과 감마보정 등을 포함한 초고선명 디스플레이의 여러가지 측면을 정의하는 개념
※ 금속 할라이드 페로브스카이트 : 천연광물인 칼슘티타늄옥사이드(CaTiO3)와 같은 결정 구조를 갖고 있는 유기-무기-할로겐(AMX3) 유형의 화합물
○ 하지만 문제는 색 안정성이다. 적색과 청색을 얻기 위해 둘 이상의 할라이드를 혼합하는데 외부자극에 의해 쉽게 분리되어 발광색이 바뀌게 된다.
□ 연구팀은 납(Pb)과 킬레이트 결합을 하는 두 종류의 리간드를 페로브스카이트 나노결정에 처리함으로써 나노결정에 존재하는 결함을 제거하였다.
○ 할라이드 이온들은 금속 할라이드 페로브스카이트 결정의 결함을 통하여 이동하는 것으로 알려져 있다.
○ 지금까지 많은 연구진들이 페로브스카이트 결정의 표면 결함을 패시베이션*하는 방법을 통하여 할라이드 분리를 막고자 하였으나 완벽한 해결책을 찾지 못하고 있었다.
※ 패시베이션 : 소재의 결함을 비활성화시키는 다양한 화학적 물리적 처리
□ 이렇게 표면결함을 제거한 나노결정은 박막 상태에서 1.5배 향상된 발광효율(광발광 양자효율*)을 보였으며, 나노결정을 발광소자에 적용하였을 때 외부양자효율이 기존 4.1%에서 20.3%로 향상되었다.
※ 광발광양자효율 (Photoluminescence quantum yield) : 광발광양자효율은 물질이 흡수한 광자 수 대비하여 물질 발광하는 광자의 수의 비이다.
□ 뿐만 아니라, 리간드 처리를 한 페로브스카이트 나노 결정 발광소자의 경우 소자 구동 시 일정한 발광 스펙트럼으로 높은 색 안정성을 보였다.
□ 이번에 제시한 리간드 처리 방법이 태양전지, 트랜지스터 등에 쓰일 수 있는 다양한 금속 할라이드 페로브스카이트 소자의 효율 및 안정성 향상 연구에 기여할 것으로 기대된다.