경상국립대학교 가좌캠퍼스. (사진=경상국립대 제공)

국내 연구진이 차세대 디스플레이 소자로 각광받고 있는 고효율 페로브스카이트 청색 발광 LED 개발에 성공했다.

경상국립대학교 공과대학 나노·신소재공학부 고분자공학 전공 김기환 교수 연구팀은 UNIST 에너지공학과 김진영 교수 연구팀(제1저자 UNIST 신윤섭, 박찬범 박사과정)과 UNIST 화학과 권오훈 교수 연구팀(제1저자 UNIST 아니루다 아디카리(Aniruddha Adhikari) 연구교수)과 공동으로 페로브스카이트 청색 발광 LED 개발에 새로운 방법을 제시했다. 연구팀이 개발한 페로브스카이트 발광소자는 효율이 기존 대비 3배 이상 높고 고색순도의 청색 발광 구현이 가능하다.

페로브스카이트는 우수한 광전기적 특성을 가지고 있어서 차세대 디스플레이 소재로 최근 많은 연구가 진행되고 있다. 하지만 청색 발광 LED는 여전히 적색과 녹색 발광 LED의 절반에도 못 미치는 낮은 효율과 안정성을 보여줘 상업화에 큰 걸림돌이 되고 있다.

기존의 발광소자에 쓰이는 전도성 고분자(PEDOT:PSS)의 경우 높은 산도를 가지고 있어서 페로브스카이트에 화학적 손상을 야기시키고, 낮은 결정성의 페로브스카이트 구조를 형성해 계면과 페로브스카이트 내부에 많은 결함이 생길 수 있다.

연구팀은 페로브스카이트 발광 소재를 조작하는 방식이 아닌 발광소자에 쓰이는 전도성 고분자(PEDOT: PSS)에 쯔비터 이온 첨가제를 도입하여 페로브스카이트와 인접한 정공수송층을 변화시켰다.

첨가제 도입을 통해 높은 결정성을 가지는 페로브스카이트 발광 소재의 적층이 가능해졌고, 결함 억제를 통한 여기자의 손실을 최소화하여 청색 발광 소자의 효율과 안정성이 크게 향상됐다.

김기환 교수는 “이번 연구를 통해 고성능 페로브스카이트 블루 LEDs 원천 기술개발을 통해 차세대 디스플레이 소재로 각광받고 있는 페로브스카이트 LEDs 상업화에 한 걸음 내디뎠다”고 밝혔다.

이번 연구는 교육부와 한국연구재단이 지원하는 2021년 이공학 대학중점연구소의 지원으로 수행됐으며, 연구성과는 에너지 분야의 학술지 '에이시에스 에너지 레터스'(ACS Energy Letters, IF 23.991)의 표지 논문(supplementary cover)으로 선정돼 9월 12일에 온라인 게재됐다.