UNIST, 접을 수 있는 천연색 발광소자 개발

김주영·송명훈 교수 연구팀, '페로브스카이트' 발광소자 유연성·안정성 향상
UNIST(총장 정무영)는 송명훈·김주영 교수 공동연구팀이 접을 수 있는 '페로브스카이트 발광소자'(Perovsktie LEDs, 이하 PeLED)를 개발했다고 17일 밝혔다. 소자의 전극을 금속 대신 투명한 물질로 바꿔 반투명한 성질도 확보했다.

PeLED는 화합물에 전류를 흘려 빛을 내는 반도체인 LED의 일종이다. 이 소자는 전기를 받아 빛을 내는 활성층으로 페로브스카이트 물질을 사용하는데 전자이동도가 높고 색 순도가 좋으며 색 조절도 간편한 장점이 있다. 하지만 기존 PeLED는 금속 전극의 한계로 유연성이 낮고 불투명했다.

이번 연구에서는 전극으로 투명하고 유연한 '은 나노와이어'와 전도성 고분자를 활용했다. 또 고분자 전해질을 도입해 전자가 더 잘 이동할 수 있도록 도우면서 소자 성능을 높였다. 그 결과 새로운 PeLED는 기존 대비 투명도가 50% 수준으로 높아졌고, 2.5mm 굽힘 곡률에서도 발광 특성을 유지했다.

이번 연구는 PeLED의 기계적 물성을 구체적으로 측정한 기법으로 주목받았다. PeLED 제조공정과 동일한 방법으로 제작된 구성 재료를 미세하게 잡아당기거나 누르면서 기계적인 특성을 분석한 것이다. 기존 방식보다 훨씬 구체적인 기법으로 평가된다.

페로브스카이트 물질은 공기 중 수분이나 산소와 쉽게 반응해 성능이 쉽게 저하된다. 이러한 이유로 실제 소자에 쓰이는 박막 형태의 페로브스카이트는 기계적 물성 측정이 어렵다. 반면 이번 연구에서는 진공 상태에서 작동하는 전자현미경을 활용해 실제 소자의 구성 요소로 쓰이는 두께에 대한 기계적 물성을 측정했다.

김주영 교수는 "이번 연구로 PeLED의 유연성을 향상시키고 유연성 소자를 더 정확하게 분석하는 게 가능해졌다"며 "이 기법을 다양한 조성의 페로브스카이트 연구에 적용해 PeLED의 안정성과 성능을 높일 계획"이라고 전했다. 송명훈 교수는 "이번 연구로 투명성과 유연성에 대한 약점을 극복한 만큼 다양한 분야에 활용될 것"이라고 덧붙였다.

이번 연구 결과는 나노 분야의 세계적 권위지인 '나로 레터스'(Nano Letters) 15일 온라인에 공개됐다. 

'페로브스카이트 발광소자'(PeLED)는 휘거나 비틀려도 성능을 유지한다. <사진=UNIST 제공>'페로브스카이트 발광소자'(PeLED)는 휘거나 비틀려도 성능을 유지한다. <사진=UNIST 제공>
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