용액 공정으로 만든 페로브스카이트 나노 입자의 발광.(UNIST 제공)

국내 연구진이 차세대 광학재료로 꼽히는 '페로브스카이트 나노 입자'에서 기존보다 간편한 방식으로 빛의 삼원색을 선명하게 구현할 수 있는 공정을 개발했다. 이를 발광다이오드(LED)에 적용하면 지금보다 선명하고 깨끗한 화질이나 조명을 얻을 수 있다.

울산과학기술원(UNIST)은 김진영 에너지및화학공학부 교수 연구팀이 페로브스카이트 나노 입자 속 원소를 바꿔 발광 스펙트럼을 자유롭게 조절할 수 있는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.페로브스카이트는 금속과 할로겐 원소를 품고 있는 구조의 물질로, 빛을 전기로 바꾸는 광전효율은 물론 전기를 빛으로 바꾸는 발광효율이 높아 차세대 소재로 꼽힌다. 페로브스카이트 나노 입자는 나노미터(㎚·10억 분의 1m) 수준의 크기로, 내부 할로겐 원소에 따라 다른 색깔을 발산한다. 요오드(I)가 많으면 빨강색, 브롬(Br)이 많으면 초록색, 염소(Cl)가 많으면 파랑색을 발광한다.

하지만 페로브스카이트 물질 자체가 민감해 원소를 안정적으로 바꾸는 것은 한계가 있었다. 이에 연구진은 용액에 나노 입자를 녹여 특정 원소를 바꾸는 비교적 간단한 '용액 공정'을 개발했다. 페로브스카이트 나노 입자를 녹인 용액에 요오드(I), 브롬(Br), 염소(Cl)를 섞은 비극성용매를 더하고 첨가제를 넣으면 비극성용매에 섞인 원소가 페로브스카이트 속 원소와 자리를 바꾸는 치환이 이뤄지면서 발광색이 달라진다.

김진영 UNIST 교수는 "페로브스카이트에서 원소를 바꾸려던 기존 기술에 비해 안정적"이라면서 "페로브스카이트 물질에서 원소 조성을 바꾸는 분야에 다양하게 응용 가능해 태양전지나 LED 화면 등의 성능도 높이는 데도 활용될 수 있다"고 말했다. 이번 연구 결과는 지난 8일 '줄'(Joule) 온라인판에 실렸다.

이번 연구에 참여한 UNIST 연구진 모습(UNIST 제공).

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