페로브스카이트 나노입자는 초대형 화면에서도 선명한 색을 구현할 차세대 광학소재로 꼽히는 물질인데요. 값이 싸고 색순도도 높아 산업계에서 관심이 많은 물질 중 하나입니다. 최근 이 물질에서 빛의 삼원색인 빨강, 파랑, 초록색을 간단하게 뽑아낼 수 있는 공정이 개발됐다고 합니다. 이는 향후 페로브스카이트 소재가 상업화 되는데 핵심적인 역할을 할 것으로 보입니다.
UNIST 에너지 및 화학공학부 김진영 교수팀은 페로브스카이트 나노입자 속 원소를 바꿔 발광 스펙트럼을 자유롭게 조절하는 기술을 개발했다고 합니다. 발광 스펙트럼이란 발광체의 각 파장에서 나오는 빛의 분포를 말합니다. 가시광선, 자외선, 적외선 영역 등의 파장대를 가리킵니다. 페로브스카이트는 금속과 할로겐원소를 품고 있는 특별한 구조의 반도체 물질입니다. 이 물질을 적용한 태양전지는 태양빛을 전기로 바꾸는 광전 효율이 높아 차세대 태양전지 후보로 꼽힙니다. 이 물질은 또한 전기를 빛으로 바꾸는 발광효율도 높아 발광소자로도 주목받고 있습니다.
그 중에서도 페로브스카이트 나노 입자는 나노미터 수준의 미세한 페로브스카이트 물질인데요. 내부 할로겐 원소에 따라 다른 색을 발산합니다. 요오드가 많으면 빨강색, 브롬이 많으면 초록색, 염소가 많으면 파랑색을 발광합니다. 하지만 그동안 페로브스카이트는 물질 자체가 민감해 워소를 안정적으로 바꾸기 어려웠습니다.
이에 연구팀은 '용액 공정'으로 특정 원소를 바꿔치기 하는 간단한 기술을 개발했습니다. 페로브스카이트 나노 입자를 녹인 용액에 요오드(I)나 브롬(Br), 염소(Cl)가 섞인 비극성용를 더하고 첨가제를 넣어 원소의 치환을 유도하는 방식을 이용했습니다.
참고로, 첨가제는 비극성 용매에 있던 할로겐 원소를 분리하는 역할을 합니다. 첨가제 덕분에 용액 전체에는 할로겐 원소가 많아지고 시간이 지나면서 기존 페로브스카이트 속의 할로겐 원소와 자리를 바꿉니다. 그리고 페로브스카이트 속에 어떤 원소가 많은지에 따라 발광색이 결정됩니다.
또한 연구팀은 이 기술로 만든 페로브스카이트 나노 입자를 이용해 빨강, 파랑, 초록의 색을 띠는 LED를 만드는 데도 성공했다고 합니다.
이 연구에 참여했던 김진영 교수는 "용액 공정으로 원소를 치환하는 기술은 간단하고 저렴할 뿐 아니라 향후 대량 생산 방식에서도 적합하다"며 "페로브스카이트 소재가 상업화로 나아가는데 핵심기술로 자리매김 할 것"이라고 전했습니다. 이 연구는 세계적으로 권위있는 학술지인 셀(Cell)의 자매지인 '줄(Joule)'에 게재됐습니다.
