[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 국내 연구진이 차세대 디스플레이 소재로 활용될 수 있는 페로브스카이트 양자점의 상온 발광원리를 규명했다.

페브로스카이트는 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 차세대 태양전지 소재로 떠오르고 있다는 점에서 이번 연구성과는 주목된다.

25일 광주과학기술원(GIST, 총장 문승현)에 따르면 GIST 고등광기술연구소 이창열 박사 연구팀은 다차원 페로브스카이트 소재의 광학적 특성 비교를 통해 차세대 디스플레이 소재로 활용 가능한 페로브스카이트 양자점의 상온 발광원리를 밝혔다.

이번 연구결과는 물리화학 분야 유명 국제학술지 ‘Journal of Physical Chemistry Letters(저널 오브 피지컬 케미스트리 레터)’ 지난 5일자 최근호에 실렸다.

온도에 따른 페로브스카이트 양자점 및 다차원 소재의 발광 특성 변화 : 고온으로 갈수록 발광 세기가 감소하는 다결정 박막 및 단결정 페로브스카이트에 비해 상온에서도 상대적으로 높은 발광효율을 유지하는 페로브스카이트 양자점

페로브스카이트는 회티타늄석이라고도 불린다. ABX3 화학식을 갖는 결정구조로 부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 금속 산화물이다. 1839년 러시아 우랄산맥에서 처음 발견됐으며 러시아 광물학자 과학자(Perovski)의 이름을 땄다.

지난 몇 년간 우수한 광학적, 전기적 특성을 바탕으로 태양전지 분야에서 주목받아온 페로브스카이트는 최근 고효율, 고색순도 발광이 가능하다는 장점을 기반으로 기존 반도체 소재를 대체할 차세대 디스플레이 소재로 새롭게 각광받고 있다.

하지만 태양전지에 사용되는 다결정 박막 형태의 페로브스카이트는 상온에서 발광효율이 낮아 디스플레이 소재로의 적용에 걸림돌이 되고 있다.

GIST 연구팀은 문제해결을 위해 상온에서도 고효율의 발광효율을 갖는 수 나노미터(1nm는 10억분의 1m) 크기의 페로브스카이트 양자점을 개발하고, 온도에 따른 발광특성을 분석함으로써 상온 발광 원리를 규명하는 데 성공했다.

연구팀은 페로브스카이트 양자점의 온도에 따른 발광 특성 변화를 다결정 박막 및 단결정과 비교 분석함으로써 전자와 정공의 결합 에너지를 정량적으로 산출했다. 전자와 정공의 결합에너지가 높은 페로브스카이트 양자점은 다결정 박막 및 단결정에 비해 높은 발광효율을 보였다.

반도체에서 음전하를 가진 전자가 빠져나가고 그 자리에 생긴 양전하를 전자의 상대 개념, 즉 가상의 입자로 보는데 이를 정공이라 한다.

이창열 박사는 “높은 발광효율과 높은 색순도를 모두 갖는 페로브스카이트 양자점은 우수한 차세대 디스플레이 소재라며 페로브스카이트 양자점 내 전자와 정공의 결합에너지를 정량적으로 산출하고, 고온에서 발광 효율이 감소하는 이유를 밝혀낸 점이 중요하다”고 이번 연구의 의의를 설명했다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구자사업과 GIST 개발과제(광과학기술 특성화연구)의 지원을 받았다.

kimys@newspim.com