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LED를 위한 무기 페로브스카이트 나노결정의 매우 불안정한 리간드와의 결합

전문가 제언: ○ 최근 할라이드 페로브스카이트 재료는 태양전지 및 다른 광전자 응용에서 놀라운 주목을 받고 있다. 광흡수계수와 전하이동도 그리고 저렴한 용액 가공성이 뛰어난 덕분이다. 최근 무기계 CsPbX3(X=Cl, Br, I)의 콜로이드 나노결정(NC)이 전 가시광영역에서 조정 가능한 광발광(PL)을 보이고 있다. 또한 현재 높은 연구 진전이 보고되고 있는 유기 성분 함유 하이브리드 페로브스카이트보다 높은 내구성 및 양자 크기 효과도 있어 LED(발광다이오드) 디스플레이 분야에서 기대가 크다.

○ 이 글의 저자들은 CsPbX3 NC의 합성과 NC의 표면화학에 집중하여 고유 광흡수계수를 원소분석과 광흡수 측정을 결합하여 실험적으로 구하였다. 핵자기공명 분광법을 사용하여 NC 시료의 순도를 평가하고 표면화학을 규명하여 정제방법이 NC 표면 조성에 미치는 영향을 연구하였다.

○ 저자들은 NC 표면에 대한 리간드의 결합이 매우 불안정하여 리간드가 분리와 정제작업 도중에 쉽게 손실됨을 발견하였다. 이에 저자들은 올레산과 올레일아민의 소량을 함께 잉여로 가하면 NC가 광학적 및 콜로이드 안정성 그리고 재료의 완전성을 유지하며 정제될 수 있음을 밝혔다. 특히 리간드에서의 높은 아민 함량이 카르복실산과 NC와의 결합력을 높여 양자수율을 향상시킬 수 있음을 발견한 것은 크게 도움될 것이다.

○ 현재까지 페로브스카이트 재료 기반의 LED연구에는 화학식이 CH3NH3PbX3로 표시되는 하이브리드계 재료가 가장 많이 연구되었는데 세계적으로 한국이 앞선 편이다. 이 재료 기반의 세계 최고의 태양전지 연구기반 덕이다. 2015년 초 발표에 이어 동년 12월 포항공대 이태우 교수가 조힘찬, 김영훈 등, 경희대 임상혁 교수, 허진혁, GIST 이창렬, 명노성, KAIST 유승협, 그리고 영국 R.H. Friend 교수 등과 함께 전류효율 42.9 Cd A-1의 인광계 OLED 수준을 달성하였다. 2016년 UNIST 유재철, 송명훈 등은 광활성층의 거의 완전한 덮힘율을 보고하였다.

○ 무기 CsPbBr3 재료에서도 최근 나노결정 위주의 연구가 많이 보고되고 있으나 아직 국내의 연구활동은 찾기 힘들다. 한국이 세계적으로 앞선 디스플레이 시장 유지를 위한 거국적 지원이 절실히 필요한 시점이다.

저자: J.D. Roo, et al.
자료유형: 니즈학술정보