전북대학교 이홍석 교수팀(자연대 물리학과)과 광주과학기술원 이창열 박사팀(고등과기술연구소)이 발광 효율을 100배 높일 수 있는 페로브스카이트 박막 제조기술을 개발해 화제가 되고 있다.

연구팀은 페로브스카이트 박막을 다양한 극성을 가진 용매 증기로 처리해 고결정성 박막을 제작했다. 또한 극성용매 증기에 대한 노출 시간에 따라 페로브스카이트 박막 내의 결정 크기를 제어하여 발광파장 및 발광효율을 제어하는 방법을 개발했다.

페로브스카이트 소재는 용액 공정이 쉬워 생산성이 우수하고, 높은 전기 전도성을 가져 차세대 디스플레이용 발광소재로 주목받고 있다. 그러나 페로브스카이트 소재는 결정 크기가 마이크로 미터 수준으로 거대하고, 발광에 관여하는 전자와 정공이 쉽게 결합하지 못하고 소멸하는 단점이 있어 최대 걸림돌로 작용해왔다.

이런 단점 극복을 위해 이홍석 교수팀은 용액공정으로 제작된 페로브스카이트 박막을 극성용매 증기로 처리함해 페로브스카이트 박막을 재결정했다. 이러한 재결정화를 통해 그간 걸림돌이었던 결정의 크기를 수십 나노미터 수준으로 매우 작게 만들었고, 박막 형성 시 내부에 잔류하는 미반응 전구체인 PbBr2와 CH3NH3Br의 반응을 유도해 소재 결정도도 향상시켰다. 이렇게 제작된 박막은 100배 이상 발광 효율이 증대하는 것으로 나타났다.

이번 연구 결과는 화학 분야 세계적 학술지인 'Nanoscale'(IF=7.233)의 최신호 표지 논문으로 선정됐다.

이홍석 교수는“이번 연구를 통해 태양전지에 활용되던 페로브스카이트 소재를 디스플레이용 발광소재로 활용할 수 있는 기술을 확보했다”며, “향후 다양한 응용분야에 페로브스카이트 소재가 활용되길 기대한다”고 말했다.

공동 연구자인 이창열 박사는“페로브스카이트 박막에서의 재결정화를 통한 결정성 향상과 이에 따른 높은 발광효율을 확보하였을 뿐만 아니라, 양자구속효과를 일으킴으로써 섬세한 발광특성 제어가 가능하여 페로브스카이트 소재의 상용화에 진일보를 이루었다”고 이번 성과에 대해 밝혔다.
/장은성 기자