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KAIST, 페로브스카이트 LED 소재 발광 효율 극대화 메커니즘 규명 2022-01-12
권혁재 기자 hjk@mtnews.net


▲ KAIST 김형준 교수(오른쪽 위), 하윤후 석박사통합과정(오른쪽 아래), 한밭대학교 홍기하 교수(왼쪽 아래)



[기계신문] KAIST 화학과 김형준 교수 연구팀이 한밭대학교 홍기하 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 페로브스카이트 LED 나노 소재에서 일어나는 발광 효율의 향상 원인을 이론적으로 규명하는 데 성공했다.


할로겐 페로브스카이트 화합물은 태양 빛을 이용해 높은 효율로 전기를 생산할 수 있어 차세대 태양전지에 사용 가능한 소재로 주목받고 있는 물질이다.


LED는 태양전지와는 반대로 전기를 이용해서 빛을 방출하는 장치로 디스플레이에 널리 사용되고 있으며, 페로브스카이트는 빛을 전기로 변환시키는 효율뿐 아니라 전기를 빛으로 변환시키는 발광 효율 또한 높은 것으로 알려져 차세대 LED 소재로서도 각광받고 있다.


본래 페로브스카이트는 러시아 과학자 페로브스키의 이름을 딴 광물 결정 구조의 이름이다. 연구팀은 이러한 페로브스카이트 결정 구조가 내부의 뒤틀림 정도에 따라 다양한 상(phase)을 가질 수 있다는 사실에 주목했다.



▲ 연구를 통해 규명한 페로브스카이트 LED의 발광 효율 증가 메커니즘 모식도. 페로브스카이트 결정 구조상(phase) 제어를 통하여 팔면체 뒤틀림을 줄이면, 이는 양이온에 의한 효과 및 할로겐 원자의 구조 내 움직임 제어를 동반하여 페로브스카이트 소재의 LED 발광 효율을 증가시킨다.



LED 소재로 널리 사용되는 CsPbBr3라는 페로브스카이트 소재는 결정 구조 내부에 뒤틀림이 존재하는데, 이를 작은 나노 구조로 만들게 되면 이러한 뒤틀림이 최소화된 상이 형성된다. 연구팀은 비단열 양자 동역학 시뮬레이션을 이용해 이러한 결정 구조의 뒤틀림 제어가 발광 효율을 높이기 위한 주요 소재 성질 제어 전략임을 밝혔다.


연구팀 측은 이번 연구를 통해 페로브스카이트의 소재 결정 구조적 특성과 빛을 발생하는 광 동역학적 특성 사이의 복잡한 상관관계를 규명할 수 있었다며 향후 이러한 이론 기초 연구를 더욱 확장해 페로브스카이트 결정상 제어를 통한 발광 효율 극대화 전략을 도출하여 페로브스카이트 기반의 고효율 LED 개발에 기여하겠다”고 밝혔다.


한편, 이번 연구는 한국연구재단(NRF)의 중견연구사업과 선도연구센터 지원사업, 나노소재기술개발사업으로 진행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)에 지난 12월 27일자 온라인 게재됐다.


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권혁재 기자 hjk@mtnews.net

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