페로브스카이트로 만든 탠덤 발광 부품이 5600시간을 버텨냈다

[파이낸셜뉴스] 서울대 이태우 교수팀이 서로 다른 종류의 발광 소재를 겹으로 쌓아 만든 하이브리드 탠덤 발광 부품을 개발했다. 기존 페로브스카이트 하나로 만든 발광 부품은 구동 수명이 100 니트(nit) 정도 밝기에서 1.8시간 밖에 되지 않았지만 새로 개발한 탠덤 발광 부품은 5600시간에 육박해 3108배 오래 사용할 수 있다.

16일 과학기술정보통신부에 따르면, 이태우 교수팀이 페로브스카이트를 기반으로 탠덤 발광부품을 제작한 세계 최초의 연구결과를 국제학술지 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)'에 발표했다.

이번 연구결과는 향후 차세대 디스플레이 분야에서 페로브스카이트 발광 소재 상용화에도 기여할 것으로 전망된다.

이태우 교수는 "서로 다른 발광 부품을 적층해 효율과 고색순도를 동시에 만족하도록 부품을 구성하는 가이드라인을 제시한 데 의의가 있다"며, "이를 기반으로 녹색뿐 아니라 청·적색 하이브리드 페로브스카이트 탠덤 부품을 개발, 풀컬러 하이브리드 탠덤 디스플레이 구현에 도전하겠다"고 말했다.

차세대 태양전지 소재로 널리 알려진 페로브스카이트는 전기적 특성과 색 순도가 우수하고 가격이 저렴해 차세대 디스플레이 소자로 주목받고 있으나, 기존 유기발광소자(OLED)보다 효율이 낮다는 한계가 있다.

이를 해결하는 방법 중 하나는 서로 다른 특성의 소자를 결합하는 탠덤구조를 이용하는 것이다. 하지만 용액공정으로 제작하는 페로브스카이트의 특성상 다른 소자와 적층하는 것이 매우 까다롭고, 단순히 적층하는 것만으로는 높은 색순도와 발광 효율을 갖게하는 것이 어렵다.

연구진은 용액공정으로 하단의 페로브스카이트 나노 결정 단일부품을 만든 뒤 증착공정으로 상단의 유기 발광 단일부품을 제작하는 새로운 설계 디자인으로 탠덤 구조 페로브스카이트 발광 부품을 만들어냈다.

연구진은 광학 시뮬레이션을 통해 고효율·고색순도를 동시 구현하는 최적의 소자구조를 찾아 '하이브리드-탠덤 밸리'로 명명했다.

새로운 하이브리드 탠덤 부품은 최초로 외부 양자효율 37%에 달한다. 또한 페로브스카이트 상단 유기 발광층의 빛이 모두 투과하도록 30나노미터(㎚) 정도로 얇고 투명한 나노입자 발광체를 사용해 광추출 효율을 극대화했다.

특히 이 기술을 이용해 면적이 크고 유연한 발광 부품까지 만들어내는데 성공했다.

[e-mail] 김만기 기자