과학기술정보통신부는 서울대학교 이태우 교수 연구팀이 금속 할라이드 페로브스카이트와 유기발광 소재를 결합한 고효율 장수명 하이브리드 탠덤 발광 소자 개발에 성공했다고 밝혔습니다.
이번 연구 성과는 과기정통부 기초연구사업 지원으로 수행되었고, 국제학술지 '네이처 나노테크놀로지'에 게재되었습니다. 페로브스카이트는 전기적 특성과 색 순도가 우수하며 가격이 저렴해 차세대 디스플레이 소자로 주목받고 있습니다. 그러나 기존 유기발광소자보다 효율이 낮다는 한계가 있습니다.
이 문제를 해결하기 위해, 연구팀은 서로 다른 특성의 소자를 결합하는 탠덤 구조를 이용하였습니다. 용액공정으로 제작하는 페로브스카이트의 특성상 다른 소자와 적층하는 것이 어렵지만, 연구팀은 새로운 디자인으로 탠덤 구조 페로브스카이트 발광 소자 제작에 성공하였습니다.
이 연구는 페로브스카이트를 기반으로 탠덤 발광소자를 제작한 세계 최초의 연구결과입니다. 연구팀은 광학 시뮬레이션을 통해 고효율·고색순도를 동시에 구현하는 최적의 소자구조를 찾아 '하이브리드-탠덤 밸리'로 명명하였습니다.
새로운 하이브리드 탠덤 소자는 페로브스카이트 상단 유기 발광층의 빛이 모두 투과하도록 얇고 투명한 나노입자 발광체를 사용하여 광추출 효율을 극대화하였습니다.
또한, 페로브스카이트 단일소자의 구동 수명은 동일 휘도 기준 1.8시간인 반면, 연구팀이 개발한 탠덤 소자의 구동 수명은 5,596시간으로 약 3,108배 향상되었습니다.
이 기술을 이용하여 면적이 크고 유연한 발광 소자 제작에도 성공하였고, 향후 차세대 디스플레이 분야에서 페로브스카이트 발광 소재 상용화에도 기여할 것으로 전망됩니다.
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 밝혔습니다.
남도투데이