DGIST-UNIST, 순적색 초고효율 발광소자 개발

대구경북과학기술원(DGIST·총장 이건우)은 양지웅 에너지공학과 교수팀이 최문기 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 교수팀과 공동으로 순적색 고성능 피부부착형 페로브스카이트 발광소자를 제작, 다양한 형태의 웨어러블 디스플레이를 구현하는 데 성공했다고 18일 밝혔다. 향후 다양한 웨어러블 제품에 활용 가능할 것으로 기대된다.

왼쪽부터 양지웅 DGIST 에너지공학과 교수, 이경훈 석박사통합과정생, 최문기 UNIST 신소재공학과 교수, 김윤호 석박사통합과정생.

주로 태양전지나 발광소자 등에 사용되는 페로브스카이트 발광체가 최근 차세대 광전자 재료로 주목받고 있다. 저렴한 가격과 효율적인 태양광 변환 및 발광 효과로 이를 활용한 웨어러블 디스플레이 연구가 활발히 진행되고 있다.

하지만, 기존 적색 페로브스카이트 소재는 안정성과 전기적 특성이 낮아 고성능 웨어러블 디스플레이로 활용하기에 적합하지 않았다. 연구팀은 이번 연구에서 페로브스카이트 발광층의 간단한 표면개질로 안정성과 전기적 특성이 우수한 순적색 발광소자를 제작하는 데 성공했다.

양지웅 DGIST 에너지공학과 교수(오른쪽)가 연구원과 연구결과를 확인하고 있다.

연구팀은 페로브스카이트 제작에 할로겐 원소 가운데 전기음성도(고체 물질 내에서 전자가 이동할 때 발생하는 에너지 차이)가 높은 브로민(Br)을 활용했다. 페로브스카이트 크기도 기존보다 크게 제작했다.

그 결과 부피대비 표면적이 개선되고 기존과 동일한 밴드갭 에너지를 유지하면서, 안정성과 전기적 특성이 뛰어난 순적색 발광소자를 구현했다.

양지웅 DGIST 교수는 “페로브스카이트 양자점을 선택적으로 표면개질해 안정성과 전기적 특성을 향상시켰으며, 결과적으로 최대 19.8%의 외부양자효율(EQE)을 달성했다. 이번 연구로 순적색 페로브스카이트 디스플레이 상용화를 앞당길수 있게 됐다”고 밝혔다.

개발된 소재로 제작된 피부부착형 페로브스카이트 발광 소자. 순적색 웨어러블 발광 소자가 다양한 변형에 안정하게 발광하는 모습

최문기 UNIST 교수는 “새롭게 개발한 발광소자가 페로브스카이트 LED 소자를 기반으로 한 디스플레이 외에도 VR·AR 및 스마트 웨어러블 디바이스 개발 등에 광범위하게 적용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

과학기술정보통신부, 한국연구재단, 포항가속기연구소 등의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 최근 재료과학분야 저명학술저널 '머티리얼스 투데이(Materials Today)'에 온라인 게재됐다.

대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com

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