인하대 이정환 교수팀, 차세대 페로브스카이트 발광 소자 효율 극대화

(인천=뉴스1) 박소영 기자 = 인하대학교는 최근 차세대 디스플레이의 핵심 기술인 페로브스카이트 양자점 발광 소자(PeQLED)의 광 추출 효율을 획기적으로 높일 수 있는 새로운 전략을 개발했다고 12일 밝혔다.

인하대 신소재공학과 이정환 교수 연구팀은 전북대 강재욱 교수 연구팀, 중국과학원대학교(University of Chinese Academy of Sciences) S. He 박사 연구팀과의 공동연구를 통해 이번 연구 결과를 달성했다.

연구팀은 페로브스카이트 발광 소자가 내부에서 빛을 만들어 내는 성능이 이미 충분히 높지만, 생성된 빛이 소자 밖으로 빠져나오지 못하고 내부에서 손실되는 문제가 상용화를 가로막고 있다는 점에 주목했다. 이에 빛이 방출되는 방향을 결정하는 ‘전이 쌍극자 모멘텀(TDM, Transition Dipole Moment)’의 배열을 조절하면 광 손실을 줄일 수 있다고 판단했다.

연구팀은 결함을 줄이면서 나노 결정의 배열을 정렬할 수 있는 ‘1,5-나프탈렌디설폰산(NDSA)’ 기반 리간드 교환 기술을 적용했다. 이 기술을 통해 페로브스카이트 나노 결정이 보다 규칙적으로 쌓이도록 유도하고, 발광층 내부 환경을 조절해 빛이 위쪽 방향으로 더 잘 방출되도록 만들었다.

그 결과, 빛이 외부로 효과적으로 방출되는 비율이 크게 늘어 수평 방향으로 정렬된 TDM 비율은 기존 60%에서 70%로 증가했으며, 광 추출 효율도 16.15%에서 20.09%로 크게 향상됐다. 또한, 최대 외부 양자 효율(EQE)이 22.63%로, 투입된 전기 에너지가 빛으로 효율적으로 전환된다는 결과를 보여줬다. 8천니트 이상의 매우 밝은 조건에서도 20% 이상의 효율을 안정적으로 유지했다. 특히 소자 수명은 기존 대비 4배 이상 늘어나, 실제 디스플레이 적용 가능성을 보여줬다.

이정환 인하대 신소재공학과 교수는 "이번 연구는 페로브스카이트 나노 결정의 형상과 배열을 정밀하게 제어해 광 추출 효율을 극대화할 수 있음을 보여준 사례"라며 "차세대 고효율 디스플레이 및 조명 시장의 발전에 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.

imsoyoung@news1.kr