태양전지 이용 소재로 디스플레이 활용 기술 개발

GIST 연구진, 페로브스카이트 박막 이용한 발광소재 제작에 성공

GIST 고등광기술연구소 이창열 박사

주로 태양전지에 활용되는 페로브스카이트 소재를 디스플레이용 발광소재로 활용할 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다.

GIST 고등광기술연구소 이창열 박사와 전북대학교 물리학과 이홍석 교수 공동연구팀이 페로브스카이트 박막을 다양한 극성을 가진 용매 증기로 처리해 고결정성 페로브스카이트 박막을 제작하는데 성공했다.

또한 극성용매 증기에 대한 노출 시간에 따라 페로브스카이트 박막 내의 결정 크기를 제어해 발광파장 및 발광효율을 제어하는 방법을 개발했다.

페로브스카이트 소재는 용액 공정의 용이성에 따른 우수한 생산성, 높은 전기전도성 등의 장점으로 차세대 디스플레이용 고색순도 발광소재로 주목받고 있다. 그러나 페로브스카이트 소재는 결정의 크기가 마이크로미터 수준으로 거대해 발광에 관여하는 전자와 정공이 쉽게 결합하지 못하고 소멸하는 단점이 있어 소재의 최적화 및 응용의 걸림돌로 작용하고 있다.

연구팀은 용액공정으로 제작된 페로브스카이트 박막을 극성용매 증기로 처리해줌으로써 페로브스카이트 박막을 재결정화했다.

재결정화 공정을 통해 페로브스카이트 박막 형성 시 내부에 잔류하는 미반응 전구체인 PbBr2와 CH3NH3Br의 반응을 유도해 소재의 결정도를 높이고 결정의 크기를 수십 나노미터 수준으로 매우 작게해 국소지역에 전자와 정공쌍을 가둬 100배 이상의 높은 발광효율 증대를 이뤘다.

개발된 극성용매 증기처리법으로 페로브스카이트 박막내의 결정 크기를 수 나노미터 수준으로 작게 제어해 양자구속효과를 일으킴으로써 페로브스카이트 박막의 발광 파장 또한 제어가 가능하게 됐다.

GIST 이창열 박사는 "페로브스카이트 박막에서의 재결정화를 통한 결정성 향상과 이에 따른 높은 발광효율을 확보하였을 뿐 아니라, 양자구속효과를 일으킴으로써 섬세한 발광특성 제어가 가능하여 페로브스카이트 소재의 상용화에 진일보를 이뤘다"고 연구성과의 의의를 설명했다.

[e-mail] 김만기 기자