광주과학기술원(GIST) 연구팀이 차세대 디스플레이 소재로 주목받는 페로브스카이트 양자점의 발광효율을 상온에서도 높일 수 있는 기술을 개발했다.

GIST 고등광기술연구소(APRI) 이창열 박사 연구팀은 페로브스카이트 양자점의 상온 발광원리를 규명했다.

회티타늄석이라고도 불리는 페로브스카이트는 부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 갖는 금속 산화물로 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 소재로 떠오르고 있다.

▲ GIST 연구팀이 차세대 디스플레이 소재로 주목받는 페로브스카이트 양자점의 발광효율을 상온에서도 높일 수 있는 기술을 개발했다. 그래프를 보면 이 소재는 기온이 상온(300 캘빈·약 30도)에 가까워질수록 발광 강도(PL Intensity)가 떨어지는 데, 이는 전자와 정공이 열에너지를 흡수해 양자점을 탈출하기 때문으로 밝혀졌다.

페로브스카이트는 고효율, 고색순도 발광이 가능하다는 장점도 있어 기존 반도체 소재를 대체할 차세대 디스플레이 소재로도 주목받고 있다.

그러나 태양전지에 사용되는 다결정 박막 형태의 페로브스카이트는 상온에서는 발광효율이 낮아 디스플레이 소재 활용에 어려움이 있었다.

GIST 연구팀은 온도에 따른 발광특성을 분석함으로써 상온 발광원리를 규명하고 상온에서도 높은 발광효율을 갖는 수 나노미터 크기의 페로브스카이트 양자점을 개발했다.

일반적으로 반도체 소재는 소재 내에 존재하는 전자와 정공이 결합하는 과정에서 빛 에너지를 방출해 발광한다.

연구팀은 전자와 정공의 결합이 더 잘 이뤄질 수 있도록 페로브스카이트 양자점 공간을 수 나노미터 크기로 만들어 발광효율을 향상하고 상온에서도 높은 발광효율을 가질 수 있게 됐다고 설명했다.

페로브스카이트 양자점이 상온에서 발광효율이 감소했던 이유에 대해서는 주변 온도가 높으면 전자 및 정공이 열에너지를 흡수해 양자점을 탈출하기 때문이라고 밝혔다.

즉, 주변의 열을 흡수한 전자와 정공이 빛으로 나오지 않고 열에너지로 소실돼버리는 것이다.

이번 연구 결과는 이달 초 국제학술지 저널 오브 피지컬 케미스트리 레터스(Journal of Physical Chemistry Letters)에 게재됐다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

<저작권자 © 전파신문, 무단 전재 및 재배포 금지>