고려대, 페로브스카이트 LED 수명 10배↑···발광 효율·내구성 개선

‘구조 이성질체’ 분자와 ‘건식 전사공정’을 결합해 페로브스카이트 발광다이오드(LED) 내 결함을 정밀 제어하고 전하 이동 균형과 안정성을 향상시키는 기술이 개발됐다. [사진=고려대학교]

[이뉴스투데이 김진영 기자] 고려대학교는 임상혁 화공생명공학과 교수 연구팀이 ‘구조 이성질체’ 분자와 ‘건식 전사공정’을 결합해 페로브스카이트 발광다이오드(LED) 내 결함을 정밀 제어하고 전하 이동 균형과 안정성을 향상시키는 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

페로브스카이트 소재는 열·화학적 안정성이 높아 차세대 디스플레이 핵심 소자로 주목받고 있으나, 소자 내부 박막층 사이 결함으로 인해 장시간 사용 시 발광 성능이 저하되는 것이 한계로 지적됐다. 액체 용매를 사용한 박막 형성 공정에서는 용매 잔여물이 결정 균열을 유발해 수명과 효율이 떨어지는 문제가 있었다.

연구팀은 동일 조성이나 구조 배열이 다른 ‘구조 이성질체’ 분자를 소자 상·하면에 각각 적합하게 도입해 전자 이동을 방해하는 요인을 제거했다. 용매를 전혀 사용하지 않는 ‘건식 전사공정’을 적용해 용액 공정에서 발생하던 용매 유도 결함을 억제했다.

그 결과 페로브스카이트 LED의 발광 성능이 크게 개선됐고, 내구성 또한 기존 대비 약 10배 이상 향상된 것으로 확인됐다. 임상혁 교수는 “각 계면 특성에 맞춘 분자 설계로 기존의 결함 문제를 근본적으로 해결한 것”이라며 “고효율·고내구성 디스플레이를 비롯해 다양한 차세대 전자소자로 확장될 수 있는 핵심 기술”이라고 강조했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 기초연구(리더연구) 및 나노·소재기술개발사업의 지원받아 수행. 국제 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances, IF 12.5)에 10월 25일 온라인 게재됐다.