과기정통부, 세계 최초로 고효율 탠덤 페로브스카이트 발광소자 개발 성공

과학기술정보통신부(과기정통부)는 최근 서울대학교 이태우 교수 연구팀의 혁신적인 연구 성과를 소개하며, 금속 할라이드 페로브스카이트와 유기발광 소재의 결합으로 이루어진 고효율 탠덤 발광 소자를 개발했다고 발표했다.

탠덤 구조의 혁신

페로브스카이트는 차세대 태양전지 소재로 유망하게 알려져 있지만, 기존의 유기발광소자(OLED)보다 효율이 낮다는 문제가 있었다. 이에 연구팀은 서로 다른 특성의 소자를 결합하는 탠덤(Tandem) 구조를 도입하여 이 문제를 해결했다. 그러나 페로브스카이트의 용액공정 제작 특성 상 다른 소자와의 적층이 어려웠고, 단순한 적층만으로는 높은 색순도와 발광 효율을 얻는 것이 어려웠습니다.

연구팀의 혁신적인 디자인

연구팀은 기존의 어려움을 극복하기 위해 용액공정으로 하단의 페로브스카이트 나노 결정 단일 소자를 제작한 뒤, 상단에 유기 발광 단일 소자를 증착공정으로 제작하는 혁신적인 디자인을 도입했다. 이를 통해 세계 최초로 페로브스카이트를 기반으로 한 탠덤 발광소자를 개발하였으며, 광학 시뮬레이션을 통해 고효율과 고색순도를 동시에 구현하는 최적의 소자구조를 찾아 '하이브리드-탠덤 밸리(h-Tandem Valley)'로 명명하였다.

발광 소자의 특징

이번 연구에서 개발된 하이브리드 탠덤 소자는 페로브스카이트 상단의 유기 발광층이 얇고 투명한 나노입자 발광체를 사용하여 광추출 효율을 극대화했다. 이로써 페로브스카이트 단일 소자의 구동 수명이 1.8시간에 불과한 반면, 연구팀이 개발한 탠덤 소자는 약 5,596시간으로 압도적인 향상을 이루어냈다.

응용 분야와 전망

연구팀은 이 기술을 활용하여 면적이 크고 유연한 발광 소자를 성공적으로 제작했다. 또한, 향후 차세대 디스플레이 분야에서 페로브스카이트 발광 소재의 상용화에 기여할 것으로 전망되며, 이태우 교수는 "이번 연구는 서로 다른 발광 소자를 적층하여 효율과 고색순도를 동시에 만족하도록 소자를 구성하는 가이드라인을 제시한 데 의의가 있다"라며 녹색 뿐 아니라 청·적색 하이브리드 페로브스카이트 탠덤 소자를 개발하여 풀컬러 하이브리드 탠덤 디스플레이를 구현할 것이라 밝혔다.