고려대 화공생명공학과 임상혁 교수 연구팀은 '구조 이성질체' 분자와 '건식 전사공정'을 결합해 페로브스카이트 발광다이오드(LED) 내 결함을 정밀하게 제어하고, 전하 이동 균형과 안정성을 높이는 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.
뉴시스 보도에 따르면, 이번 연구 성과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 온라인에 지난달 25일 게재됐다.
페로브스카이트는 화학적 안정성이 높아, 이를 기반으로 한 LED가 차세대 디스플레이 소자로 주목받고 있다. 하지만 LED 내부 얇은 층들 사이에서는 결함이 생기기 쉬워 시간이 지나면 빛이 약해지고 수명이 짧아진다.
이에 한 종류의 분자를 이용해 한쪽 면만 안정화하는 방식이 주로 사용됐다. 그러나 두 계면을 제어하기 어렵고, 재료를 액체에 녹여 얇게 바르는 '용액 공정' 과정에서 박막이 손상돼 안정성과 효율이 떨어지는 한계가 있었다.
이러한 한계에 연구팀은 구조는 유사하지만, 배열이 다른 두 종류의 '구조 이성질체' 분자를 활용했다. 이 분자를 LED 위·아랫면에 맞게 배치해, 전자의 흐름을 방해하는 요인을 제어했다.
또한 용매를 전혀 쓰지 않고 분자를 균일하게 옮겨 붙이는 '건식 전사공정'을 도입해, 기존 용액 공정에서 생기던 용매 유도 결함을 억제했다.
그 결과, 연구팀은 페로브스카이트 LED의 발광 효율과 내구성을 크게 개선하고, 수명을 기존 대비 약 10배 늘리는 데 성공했다.
임 교수는 "이번 연구는 서로 다른 계면의 특성에 맞춰 분자를 정밀 제어함으로써, 기존 한계로 지적된 결함 문제를 근본적으로 해결했다"고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 기초연구(리더연구) 및 나노·소재기술 개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
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