김기환 교수팀 '양자점 페로브스카이트 반치폭 벌어짐 원인규명' 성공

양자점 페로브스카이트에 유기 리간드 치환방식 통해 결함 획기적 제거
페로브스카이트 태양전지, 차세대 태양전지로 주목

[진주=뉴시스] 정경규 기자 = 국내 연구진이 차세대 디스플레이 소재로 각광받고 있는 양자점 페로브스카이트의 중요한 특성 중 하나인 반치폭 벌어짐 원인을 규명하는 데 성공했다.

8일 경상대학교 공과대학 나노·신소재공학부 김기환 교수 연구팀은 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학과 김진영 교수 연구팀과 공동으로 양자점 페로브스카이트 반치폭 넓이 원인 규명에 성공했다고 밝혔다.

페로브스카이트는 육방면체의 특별한 구조를 가진 반도체 물질로 빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성을 갖고 있다.

현재 태양전지에는 주로 실리콘을 주재료로 사용하는데 실리콘 태양전지는 태양광을 전기로 전환하는 효율이 20%로 성능은 좋지만 생산 단가가 비싸고 제조 공정이 복잡해 대량 보급에 한계가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 페로브스카이트 태양전지가 차세대 태양전지로 주목받고 있다.

연구팀은 이달 양자점 페로브스카이트 합성 온도의 영향이 양자점 페로브스카이트의 표면에 영향을 미치는 것을 발견하고 새로운 표면 처리 기술을 접목해 20㎚ 이하의 좁은 반치폭을 개발하는데 성공했다.

이는 OLEDs의 반치폭 60㎚의 3분의 1, QLEDs 반치폭 40㎚의 2분의 1 수준으로 미래형 디스플레이에 적합한 소재이다.

반치폭이 좁으면 좀더 생생한 화면을 볼 수 있으며 다양한 분야(레이저, 센서, 태양전지 등)에 활용이 가능하다.

이번 연구는 양자점 페로브스카이트의 소재 원천기술 개발로, 차세대 디스플레이로 각광받고 있는 양자점 페로브스카이트의 합성 기술과 표면 기술이 디스플레이 소자 성능에 직접적으로 연결되는 것을 보여주었다.

현재 양자점 페로브스카이트의 문제점인 안정성과 고효율에 관한 힌트를 제시한 것으로 평가받고 있다.

양자점 페로브스카이트는 수 나노 크기의 나노입자로서 전기적·광학적 특성이 매우 우수해 미래형 소재로 최근 많은 연구가 진행되고 있으나 현재 소재의 안정성과 낮은 효율로 상업화에 걸림돌이 되고 있다.

연구팀은 합성 온도조절과 표면처리 공정을 통해 양자점 페로브스카이트의 표면의 결함을 제거하고 높은 성능의 재료 개발을 통해 고효율·고안정성 양자점 페로브스카이트를 개발했다.

김기환 교수는 “이번 연구에서 차세대 디스플레이 소재로 각광받고 있는 양자점 페로브스카이트 소재 기술 혁신을 통해 상업화에 한걸음 내디뎠다”며 “양자점 페로브스카이트 적용 분야를 크게 넓혀 줄 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구는 교육부와 한국연구재단이 지원하는 2020년 이공학 대학중점연구소와 한국연구재단 이공분야 기초연구사업의 지원으로 수행됐다.

이번 연구성과는 나노·재료과학 분야 국제학술지 '나노스케일' 올해 9월호에 온라인판으로 게재됐다.

☞공감언론 뉴시스 jkgyu@newsis.com

사회