이과대학 화학과 김동호 명예특임교수 연구팀[공동 제1저자 김태희 박사 (현 ETH Zurich 박사후 연구원)]이 서울대학교 재료공학부 이태우 교수 연구팀[공동 제1저자 김주성 박사(현 Cambridge University 박사후 연구원), 이현동 박사 (현 삼성전자 연구원), 정종현 학생 (현 KAIST 석사과정)] 과의 협동 연구로 저차원 나노구조의 에너지 지형 평탄화와 전하 이완 가속화를 통해 고효율·고순도 청색 PeLED를 달성하였다.

페로브스카이트 발광 다이오드(PeLED)는 높은 발광 효율, 효율적인 전하 수송 등 탁월한 광전자적 특성과 더불어 경제적 용액 공정과 쉬운 화학적 조절성으로 주목받고 있다. 최근 적녹색의 소자는 높은 효율을 달성하였으나, 청색 영역의 소자 개발은 물질의 화학적, 전기적 안정성 등의 복합적 요인으로 어려움을 겪고 있어, 이에 대한 대안으로 김교수 연구팀은 준이차원 (quasi-2D) 구조의 양자 구속 효과를 활용하여 발광 파장을 청색 영역으로 확장하는 방법에 집중했다.

 이에 중간체 직접 피닝 (intermediate-direct-pinning, IDP) 방법을 도입하여 단계적 접근으로 준이차원 구조의 열역학적 상분포를 균일화하여, 전하 운반 과정을 가속화하고 에너지 손실 확률을 감소시키는 데 성공했고, 밀접한 에너지 간격을 갖는 상분포 내 빠르게 일어나는 에너지 이완 과정을 초고속 분광 분석을 통해 자세히 규명하여, 소재 개발과 소자 성능 진보 사이의 정량적 연결고리를 확립하였다.

그 결과 균일한 청색 PeLED를 구현함으로 고효율·고안정 청색 PeLED 실현을 위한 새로운 재료 설계 방향을 제시했음을 학술적으로 인정받아 세계적인 종합 과학 분야 학술지 ‘Nature Communications, IF 15.7’ 11 월 호에 게재되었다.

김동호 교수는 “소자 성능 향상의 근본적인 해법은 재료 합성의 기술적 진보와 더불어 그 내부에서 일어나는 광물리적 작용을 깊이 이해하는 데 있다”라며, “이번 연구는 초고속 분광 분석을 통해 얻은 근본적 통찰을 바탕으로 선명하고 효율적인 청색 발광을 구현함으로써, 차세대 디스플레이 발전의 열쇠를 찾아낸 의미 있는 성과”라고 연구 의의를 밝혔다.