고려대학교 화공생명공학과 임상혁 교수 연구팀이 구조가 유사한 두 종류의 분자를 계면별로 정밀 배치하고 용매를 쓰지 않는 건식 전사공정을 적용해 페로브스카이트 발광다이오드(LED)의 결함을 억제하고 효율과 안정성을 크게 향상시켰다.
연구 결과는 국제학술지 Science Advances에 10월 25일 온라인 게재됐다.
본문 페로브스카이트 기반 LED는 우수한 전기·광학적 특성으로 차세대 디스플레이 소재로 주목받지만, 얇은 박막 계면에서 발생하는 결함 때문에 시간 경과에 따른 발광 저하와 수명 단축 문제가 컸다.
연구진은 구조 이성질체 분자 두 종류를 LED의 상·하면 계면 특성에 맞춰 배치함으로써 전하 이동의 불균형과 결함 유발 요인을 동시에 제어했다.
특히 용매를 전혀 사용하지 않는 건식 전사공정을 도입해 용액 공정에서 흔히 발생하는 용매 유도 결함을 원천적으로 차단했다.
이 조합으로 페로브스카이트 LED의 발광 효율과 내구성이 크게 향상됐고, 소자의 수명은 종래 대비 약 10배 연장되는 성과를 거뒀다.
임상혁 교수는 “서로 다른 계면 특성에 맞춘 분자 설계와 용매 사용을 배제한 공정 도입이 결함 문제를 근본적으로 해결했다”며 “이번 기술은 고효율·고내구성 디스플레이와 다양한 전자소자 개발에 확장 적용될 수 있다”고 밝혔다.
본 연구는 한국연구재단의 기초연구(리더연구)와 나노·소재기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
논문명은 “Molecularly tailored dual-interface passivation via solvent-free rub-on transfer for efficient and stable perovskite LEDs”(DOI: 10.1126/sciadv.ady4671)이다.