이태우 서울대 교수 연구팀이 만든 페로브스카이트 화면이 들어간 11인치 태블릿과 32인치 티브이. 왼쪽이 페로브스카이트 화면이다. 이태우 서울대 교수 연구팀 제공

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차세대 태양전지 소재로 주목받는 페로브스카이트를 유기발광소자(OLED)와 결합한 차세대 화면(디스플레이)이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다.

과학기술정보통신부는 이태우 서울대 교수 연구팀의 관련 논문이 국제학술지 네이처의 자매지 ‘네이처 나노테크놀로지’에 16일(현지시각) 게재됐다고 밝혔다.

페로브스카이트는 전기적 특성이 우수하고 색 순도가 높은 데다 적은 비용으로 만들 수 있어 차세대 태양전지는 물론 차세대 화면 소자로도 주목받고 있다. 다만 유기발광소자보다 효율이 낮다는 한계가 있어 아직 상용화 단계는 아니다. 이 교수 연구팀은 2022년 11월 페로브스카이트 화면의 발광 소자 효율을 이론상 최대치인 28.9%로 끌어올린 연구 결과를 ‘네이처’에 발표하는 등 세계 최고 수준의 기술을 보유했단 평가를 받고 있다.

이 교수 연구팀은 페로브스카이트의 낮은 효율 문제를 해결하기 위해 페로브스카이트와 유기발광소자를 결합하는 ‘탠덤’(tandem·2인용 자전거) 구조를 이용했다. 페로브스카이트를 녹여 얇은 막으로 만든 뒤(하단), 그 위(상단)에 유기발광소자를 입히는(증착) 방식이다. 서로 다른 소자로 여러 겹의 층을 쌓는 공정은 원래 쉽지 않은데, 연구팀은 페로브스카이트의 하단을 “나노 결정 단일소자로 만드는 새로운 디자인(하이브리드 탠덤)으로 만들었다”고 설명했다. 페로브스카이트를 유기발광소자와 결합하면 고효율·고색순도를 구현할 수 있다. 수명도 페로브스카이트 단일일 때보다 3천배 이상 길어진다.

이 교수는 지난 12일 막을 내린 세계 최대 정보기술(IT)·가전 전시회인 ‘시이에스(CES) 2024’에 페로브스카이트 화면이 들어간 11인치 태블릿과 32인치 티브이를 전시하기도 했다. 연구팀은 “우리가 제안한 하이브리드 탠덤 구조는 기존 페로브스카이트 발광 소자의 효율 한계를 극복했을 뿐 아니라 색순도, 구동 수명 등을 크게 향상시켰다”며 “차세대 페로브스카이트 발광 소자 상용화에 크게 기여할 것”으로 기대했다.

박기용 기자 xeno@hani.co.kr