부경대 참여 국제 공동연구팀 "외부 양자 효율 5배 높여"

한국연구재단은 부경대 이보람 교수팀이 참여한 국제 공동연구팀이 색 안정성과 효율을 높인 페로브스카이트 발광 소자를 개발했다고 10일 밝혔다.

페로브스카이트는 부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 갖는 산화물이다.

발광 효율이 높아 차세대 디스플레이 소재로 활발히 연구되고 있다.

특히 순도가 높고 색 조절이 가능하면서도 경제적인 금속 할라이드(할로젠화합물) 페로브스카이트 발광체가 주목을 받고 있다.

적색과 청색을 얻기 위해 둘 이상의 할라이드를 혼합해 만드는데, 외부 자극에 의해 쉽게 분리돼 발광 색이 금세 바뀌는 문제가 있다.

할라이드 이온들은 금속 할라이드 페로브스카이트 결정의 결함을 통해 이동하는 것으로 알려져 있다.

페로브스카이트 결정의 표면 결함을 화학적·물리적으로 비활성화하는 방법으로 할라이드 분리를 막기 위한 연구가 시도됐으나 해결책을 찾지 못했다.

연구팀은 결정 표면의 납 결함과 강한 킬레이트 결합(중심에 금속을 두고 둘러싸는 구조)을 하는 리간드(중심 원자와 결합하는 분자나 이온)를 처리하는 방법으로 결함을 없애는 데 성공했다.

이렇게 결함을 제거한 페로브스카이트 나노 결정을 발광소자에 적용한 결과, 외부 양자 효율(주입된 전하 입자 수에 대해 사용할 수 있는 빛 입자 수의 비율)이 20.3%로 나타났다.

리간드를 처리하지 않은 발광 소자의 외부 양자 효율(4.1%)보다 5배가량 높은 것이다.

또 리간드 처리를 하지 않은 페로브스카이트 나노 결정 발광소자는 시간이 지날수록 발광 색이 변하는 모습을 보였으나, 연구팀이 개발한 발광 소자는 일정한 발광 스펙트럼으로 높은 색 안정성을 보였다.

태양전지나 트랜지스터 등에 활용할 수 있는 금속 할라이드 페로브스카이트 소자의 효율과 안정성 향상에 기여할 것으로 기대된다.

영국 옥스퍼드대·케임브리지대, 미국 오레곤대, 이탈리아 페루자대, 인도과학원 등 5개 기관이 공동으로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처(Nature)'에 지난 4일 자로 실렸다.

/연합뉴스