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국내 연구진, 페로브스카이트 발광효율 100배 높였다

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국내 연구진, 페로브스카이트 발광효율 100배 높였다

2019.04.18 14:43
 
이창열(왼쪽) GIST 고등광기술연구소 수석연구원과 이홍석(오른쪽) 전북대 물리학과 교수 연구팀이 페로브스카이트 박막의 발광효율을 100배 높이는 극성용매 증기처리법을 개발했다. GIST 제공
이창열(왼쪽) GIST 고등광기술연구소 수석연구원과 이홍석(오른쪽) 전북대 물리학과 교수 연구팀이 페로브스카이트 박막의 발광효율을 100배 높이는 극성용매 증기처리법을 개발했다. GIST 제공

차세대 디스플레이 소재로 주목받는 페로브스카이트의 발광효율을 기존보다 100배 높이는 기술이 개발됐다. 


광주과학기술원(GIST)은 이창열 고등광기술연구소 수석연구원과 이홍석 전북대 물리학과 교수 연구팀이 페로브스카이트 박막의 발광효율을 100배 높이는 '극성용매 증기처리법'을 개발했다고 18일 밝혔다.


페로브스카이트 소재는 부도체, 반도체, 도체의 성질과 초전도현상까지 보이는 특별한 구조의 금속 산화물로 용액 공정이 간단하고 전기전도성이 높아 차세대 디스플레이 발광소재로 꼽힌다. 하지만 결정의 크기가 마이크로미터 수준으로 거대해 발광에 관여하는 전자와 정공이 쉽게 결합하지 못하고 소멸한다는 단점이 있다. 이로 인해 페로브스카이트를 디스플레이 소재로 썼을 때 발광효율이 크게 떨어진다. 


연구팀은 이런 단점을 해결하기 위해 우선 용액 공정을 통해 페로브스카이트 박막을 제작했다. 그런 다음 페로브스카이트 박막에 극성용매 증기처리법을 적용했다. 극성용매 증기처리법은 페로브스카이트 박막을 극성용매 증기로 처리해 페로브스카이트 박막을 재결정화하는 방법이다. 


그 결과 재결정화 공정을 통해 페로브스카이트 박막 형성 시 내부에 잔류하는 미반응 전구체의 반응을 유도해 소재의 결정도가 향상된 것으로 나타났다. 또 결정의 크기를 마이크로미터 수준에서 수십 나노미터 수준으로 매우 작게 형성해 기존보다 100배 이상의 높은 발광효율을 냈다. 


양자구속효과도 발생했다. 양자구속효과는 특정 무기화합물질의 크기가 수 나노미터로 줄어들어 소재의 전기적, 광학적 특성이 변화되는 효과를 뜻하며 페로브스카이트 박막의 발광 파장을 제어할 수 있도록 한다.


이 수석연구원은 “페로브스카이트 박막에서의 재결정화를 통한 결정성 향상과 이에 따른 높은 발광효율을 확보했고 양자구속효과를 일으켜 섬세한 발광특성 제어가 가능하도록 했다”며 “페로브스카이트 소재의 상용화에 한발짝 더 나아갔다”고 말했다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘나노스케일’ 7일자에 발표됐다. 

 

페로브스카이트 박막의 증기처리공정 시간에 따른 발광세기 및 파장변화(왼쪽)과 전자주사현미경으로 분석된 시간경과에 따른  페로브스카이트 박막의 결정크기 변화(오른쪽)을 나타냈다. GIST 제공
페로브스카이트 박막의 증기처리공정 시간에 따른 발광세기 및 파장변화(왼쪽)과 전자주사현미경으로 분석된 시간경과에 따른 페로브스카이트 박막의 결정크기 변화(오른쪽)을 나타냈다. GIST 제공

 

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