‘차세대 디스플레이’ 탠덤 페로브스카이트 발광소자...국내 연구진 개발

▲하이브리드 탠덤 페로브스카이트 발광다이오드의 개념도와 소자 효율. 출처=과학기술정보통신부

차세대 태양전지 소재로 주목받는 페로브스카이트를 유기발광소자(OLED)와 결합한 차세대 화면(디스플레이)이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다.

과학기술정보통신부에 따르면 이태우 서울대 재료공학부 교수 연구팀의 관련 논문이 국제학술지 네이처의 자매지 ‘네이처 나노테크놀로지’에 16일(현지시간) 게재됐다.

차세대 태양전지 소재로 널리 알려진 페로브스카이트는 전기적 특성이 우수하고 색 순도가 높은 데다 적은 비용으로 만들 수 있어 차세대 태양전지는 물론 차세대 화면 소자로도 주목받고 있다. 다만 OLED보다 효율이 낮다는 한계가 있다.

이를 개선하기 위해 두 개 이상 소자를 쌓는 ‘탠덤’ 구조를 이용하는 연구가 이어지고 있지만, 용액 공정으로 만드는 페로브스카이트 특성상 다른 소자 위에 쌓기 힘들고, 높은 색 순도와 발광 효율을 내기도 어려웠다.

하지만 연구팀은 용액공정으로 페로브스카이트 나노결정 단일소자를 만든 후 증착 공정으로 상단에 유기 발광 단일소자를 만드는 새로운 디자인으로 탠덤 구조 페로브스카이트 발광 소자 제작에 성공했다.

연구팀은 광학 시뮬레이션을 통해 고효율이면서도 고색 순도를 동시에 구현하는 소자구조를 찾았으며 ‘하이브리드-탠덤 밸리’란 이름을 붙였다.

이렇게 개발한 소자는 100니트(nit, 휘도 단위)일 때 5596시간 가동할 수 있어, 2시간을 견디지 못하는 페로브스카이트보다 지속 시간이 3108배 이상 늘어났다.

연구팀은 이 기술을 이용해 면적이 크고 유연한 발광 소자 제작에도 성공했으며, 향후 차세대 디스플레이 분야에서 페로브스카이트 발광 소재 상용화에도 기여할 것으로 기대했다.

이태우 교수는 “이번 연구는 서로 다른 발광 소자를 적층하여 효율과 고색순도를 동시에 만족하도록 소자를 구성하는 가이드라인을 제시한 데 의의가 있다”라며, “이를 기반으로 녹색뿐 아니라 청·적색 하이브리드 페로브스카이트 탠덤 소자를 개발하여 풀컬러 하이브리드 탠덤 디스플레이 구현에 도전하겠다”라고 밝혔다.