국민대 이현정·고려대 우한영 교수 공동 연구 결과, 스몰 메소드 2월호 전면표지논문으로 선정 ▲ 유기 전기화학 트랜지스터 (OECT)의 모식도와 전기화학적 도핑의 매커니즘 반결정성 고분자를 사용한 유기 전기화학 트랜지스터를 통해 전기화학적 도핑 레벨을 조절함에 따른 전기적, 열전 특성을 분석하는 시스템이다. 오른쪽 그림은 게이트 전압 조건에 따라 전기화학적 도핑이 작동하는 원리를 보여주는 그림 (자료=국민대)[에너지경제신문 송기우 기자] 국민대학교(총장 임홍재) 신소재공학부 이현정 교수 연구팀이 고려대 화학과 우한영 교수 연구팀과 공동연구를 통해 차세대 에너지 물질로 주목받는 고기능성 열전 물질내 전하 전달 특성을 새롭게 규명하였다. 이번 연구결과를 담은 논문은 세계적 나노재료분야 SCI급 저명 국제학술지인 ‘스몰 메소드(Small Methods) 2월호’에 게재 확정되었으며, 연구 결과의 중요성을 인정받아 전면표지논문(Front cover picture)으로 선정됐다. 고기능성 열전 소재인 유기 전자재료 소재는 폐열을 전기로 바꿀 수 있고, 무기물에 비해 유연하고, 공정이 쉽다는 점에서 차세대 에너지 물질로 주목받고 있다. 하지만, 무기물에 비해 열전 성능이 떨어진다는 한계점이 있다. 또한, 유기 열전 물질을 도핑하는 주된 방법인 화학적 도핑 방법에서 정밀한 도핑 레벨 조절에서의 어려움, 상 분리 등의 한계점이 있다. 이러한 한계점을 극복하고 높은 수준의 열전 성능을 지니기 위한 연구가 요구되고 있다. 연구팀은 다른 측쇄 그룹 구조를 가지는 유기 반도체 물질을 합성한 뒤, 이온성 액체를 사용한 유기 전기화학 트랜지스터 시스템을 통한 전기화학적 도핑을 구현하여 유기 반도체 고분자의 도핑 레벨을 광범위하게 조절하였다. 그와 동시에 전하 발생, 열전, 구조적, 국부적인 상태 밀도를 측정함으로써 도핑 레벨에 따른 열전 특성 간의 상관관계를 분석하였다. 이를 바탕으로 유기 반도체 고분자에서 측쇄 엔지니어링에 따른 화학 구조적 특성을 바탕으로 고분자 측쇄가 열전 특성에 미치는 영향을 분석하였다. ▲ 제1저자 최우진·김수현·이순용 대학원생 (사진=국민대)공동연구팀은 "이 연구를 통해, 높은 레벨로 도핑된 유기 열전 물질의 전하 전달 특성을 관찰할 수 있는 분석 시스템을 제안했고, 유기 열전 물질 분자 구조 디자인의 방향성을 제시하여 고효율 열전 소자의 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다"고 연구의 의의를 설명했다. 연구 논문명은 ‘Unravelling disorder effects on thermoelectric properties of semicrystalline polymers in a wide range of doping levels’이며, 국민대 이현정교수와 고려대 우한영교수가 교신저자로, 최우진, 김수현, 이순용 대학원생이 제1저자로 참여했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 중견연구사업과 기초연구실 집단연구사업의 지원을 통해 수행되었다.

[한국강사신문 위현정 기자] 서울대학교 공과대학(학장 홍유석)은 이태우 재료공학부 교수와 우한영 고려대 교수 공동 연구팀이 2차원 그래핀을 투명 전극으로 적용한 최초의 고효율 발광 소자를 개발했다고 6일 밝혔다. 이에 유연 소재 및 용액 공정 기술 발전에 따른 웨어러블 소자의 개발이 가능해졌다. 웨어러블 소자의 기본 요소 중 하나는 센서의 신호를 시각화할 수 있는 스트레처블 디스플레이다. 웨어러블 소자 개발 초기에 모든 장치는 케이블로 연결돼 있고 소자의 부피가 큰 문제로 인해 휴대성이 떨어지는 문제가 있지만 스트레처블 디스플레이는 고유의 신축 특성으로 피부에 부착할 수 있으며, 센서에서 출력된 신호를 실시간으로 확인할 수 있다. 하지만 기존 스트레처블 발광 소자의 문제점 중 하나인 낮은 효율은 은 나노와이어(AgNW)란 전극 물질의 낮은 전하 주입 성능 때문이며, 새로운 소재 개발을 통해 돌파구가 필요한 상황이다. 특히 공기 중에서도 전도도를 높게 유지하면서 전자 주입을 용이하게 하는 스트레쳐블 전극 재료는 전무한 상황이었다. 공동 연구팀은 그래핀층을 은 나노와이어 표면에 적용해 2차원 스트레처블 전극을 개발했다. 그래핀 층을 통해 일함수를 조절할 수 있고, 높은 이동도로 인해 전하 확산을 촉진할 수 있어 은 나노와이어의 본질적 문제를 해결할 수 있다. 또한 이 전극은 양극과 음극 모두 사용하는 것이 특징이다. 지금까지 양극에 대한 연구가 주로 이뤄왔다. 하지만 음극에서는 신축성을 확보하고, 전자 주입에 용이한 반응성이 높은 알칼리 금속을 사용하지 못하므로 효율적인 전자 주입을 구현하기 어려운 점이 난제였다. 하지만 새로 개발한 공액 고분자 전해질을 스트레쳐블 전극 위에 코팅함으로서 공기 중에서도 3.57 eV의 낮은 일함수를 가진 스트레쳐블 전극을 개발했다. 연구팀은 이를 이용해 최고 스트레쳐블 발광 소자 효율인 20.3 cd/A를 달성했다. 또한 전극 기술을 대면적 소자에 적용해 3인치 5 × 5 수동 매트릭스 ISOLED를 시연했다. 이태우 교수는 “그래핀을 이용해 스트레처블 전극 표면 및 계면 개질로 양극과 음극 둘 다 구현했다. 우수한 발광 효율을 갖는 최초의 고효율 스트레처블 발광 소자를 개발했다”며 “이번 연구가 신축성 소자 개발 및 이의 응용에 가이드라인이 될 뿐만 아니라 웨어러블 전자 소자 응용을 위한 신축성 발광 소자 상용화에 기여할 것으로 기대된다”고 말했다. 한편 이번 연구 성과는 그 중요성을 인정받아 세계적으로 저명한 국제학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 온라인에 게재됐다. 출처 : 한국강사신문(https://www.lecturernews.com)

글로벌 기업 클래리베이트 애널리틱스(Clarivate Analytics, 전 톰슨 로이터 지적재산 및 과학분야 사업부, 이하 클래리베이트)가 발표한 2022년 세계에서 가장 영향력 있는 연구자(HCR, Highly Cited Researchers) 명단에 고려대 교수 6명이 이름을 올렸다. HCR(Highly Cited Researchers)은 논문의 피인용 횟수가 많은 연구자를 뜻하는 단어로 클래리베이트社는 매년 자사의 ‘웹 오브 사이언스(Web of Science)’를 기반으로 각 분야에서 해당 연도에 가장 많이 인용된 상위 1%의 논문(Highly cited papers)을 기준으로 연구자를 선정한다. 올해로 9년째를 맞이하는 HCR 명단에 포함된 연구자들은 지난 12년 동안 논문의 피인용 횟수를 근거로 세계 각지의 동료 연구자들로부터 지속적으로 인정받아온 연구자들이다. 클래리베이트社 발표에 따르면 올해는 전 세계 70개국 및 지역에서 총 6,938명이 글로벌 HCR로 선정됐다. 이번에 HCR에 선정된 고려대 교원은 김종승(화학과), 우한영(화학과), 노준홍(건축사회환경공학부), 안춘기(전기전자공학부), 옥용식(환경생태공학부) 교수와 제2소속이 고려대인 Klaus-Robert Müller(인공지능학과) 교수 등 총 6명이다. 특히, 옥용식 교수는 2019년 한국인 최초로 환경생태학 분야 선정, 2021년 환경생태학과 공학 분야까지 2개 분야 동시 선정에 이어 올해는 세계 최초로 환경생태학-공학-생물학/생화학까지 3개 분야 동시선정되는 쾌거를 거뒀다. 김종승 교수는 2014년 이래 화학 분야에서 9년 연속 선정되는 영예를 안았다. 노준홍 교수는 크로스필드(Cross-field) 분야에서 5년 연속 선정됐고, 안춘기 교수는 공학 분야에서 4년 연속 선정됐다. 제 2소속이 고려대인 Klaus-Robert Müller 교수는 크로스필드 분야에 4년 연속 선정됐으며 우한영 교수는 올해 처음으로 크로스필드 분야에 이름을 올렸다. 이과대학 화학과 우한영 교수는 π-공액 유기분자 기반의 유기반도체, 고분자반도체 소재를 개발하고 이들을 유기태양전지, 트랜지스터, 광센서, 열전소자 등 유기전자소자에 응용하는 연구를 진행해오고 있다. 우 교수가 개발한 분자 내 수소결합 등 비공유결합성 상호작용을 활용하여 결정성을 향상시킨 광활성 고분자소재는 300 nm 수준의 두꺼운 박막에서도 전자-정공 재결합을 최소화하여 에너지 변환 효율을 극대화할 수 있어 세계적인 주목을 받고 있다. 이러한 장점으로 인해 캐나다 소재 1-Material, Brilliant Matters 등 시약회사에서 이 물질을 상업적으로 판매하여 세계적인 유기태양전지 연구그룹들이 유기태양전지 롤투롤 공정개발 연구에 활용하고 있다. 우 교수는 유기전자소재 분야에서 지난 10년간 300여편의 SCI 논문을 발표하고 h-index 62, 15,000회 이상의 피인용수를 기록하는 등 활발한 연구활동을 수행하고 있다.

[한국강사신문 한상형 기자] 연세대학교(총장 서승환)는 본교 조정호 교수(화공생명공학과) 연구팀이 고려대 우한영 교수(화학과) 연구팀과의 공동연구를 통해 플렉시블 스마트기기의 핵심 소자인 완전히 접을 수 있는 트랜지스터를 새롭게 개발했다고 19일 밝혔다. 본 연구에서는 전도성 고분자를 기반으로 선택적 도핑법 및 가교제를 이용해 동종접합 플렉시블 트랜지스터를 세계 최초로 개발했으며, 궁극적으로는 휘어지고 접을 수 있으며 형태가 자유롭게 변하는 디스플레이, 센서, 반도체소자와 같은 차세대 플렉시블 스마트기기의 개발 가능성을 제시했다. 최근 폴더블 스마트폰과 같은 휘거나 접는 스마트기기의 수요가 증가함에 따라 플렉시블 전자소자의 필요성이 크게 대두되고 있다. 플렉시블 스마트기기는 매우 높은 기계적 안정성을 요구하기 때문에 극한의 기계적 안정성을 견딜 수 있는 전자재료의 개발이 매우 중요하다. 그러나 기존의 금속 전극은 우수한 전도성을 가지지만 깨지기 쉬운 특성으로 인해 접거나 휘어질 수 있는 플렉시블 스마트기기에 적용이 어렵다. 이에 세계 각국의 연구진이 기계적 유연성을 갖는 전도성 고분자를 반도체 및 전극물질로 사용해 플렉시블 스마트기기에 적용하기 위한 연구를 진행했다. 하지만 대부분 플렉시블 스마트기기에서 요구되는 기계적 안정성을 달성하는 데 실패했다. 전자소자를 구성하는 전자재료 층(전극, 반도체, 절연체) 간 이종접합으로 인해 극한의 물리적 변형이 가해질 경우 계면 간 박리가 발생하기 때문이다. 공동연구팀은 고분자 박막 트랜지스터의 기계적 안정성을 개선하기 위해 가교제 및 선택적 도핑 기술을 도입했다. 먼저, 가교제를 통한 전자재료의 가교 방법은 각 전자재료 층간의 계면 접착력을 향상시켜 이종접합에서 발생하는 낮은 계면 접착력을 개선할 뿐만 아니라, 트랜지스터 제작 공정에서 발생하는 열에 의한 손상 또는 화학적 손상을 방지한다. 더 나아가, 선택적 도핑법을 도입해 계면 간 박리가 발생하는 전극-반도체 간 이종접합을 제거하고 동종접합 계면을 형성했으며, 이를 통해 고분자 트랜지스터의 기계적 안정성을 더욱 향상했다. 이번 연구를 통해 제작한 트랜지스터는 우수한 기계적 안정성을 가지고 있어 극한의 곡률반경에서도 전기적 특성이 유지됐다. 우한영 교수 [사진출처=연세대학교] 본 연구결과는 다양한 전자재료 및 층간 계면 가교, 그리고 선택적 도핑법을 통해 플렉시블 스마트기기 발전에 중요한 이슈인 계면 박리 및 손상 문제를 해결했다. 이를 통해 향후 플렉시블 스마트기기에 적용 가능한 반도체소자 연구의 새로운 방향을 제시했다. 조정호 교수는 “본 연구는 플렉시블 반도체소자 제작의 핵심 이슈인 이종접합 계면 박리 및 손상 문제를 해결한 연구로, 향후 플렉시블 스마트기기용 반도체소자 제작에 있어 단순한 플렉시블 반도체소자가 아닌 완전히 접을 수 있는 반도체소자 제작 기술을 제시한 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 기초연구실사업, 대학중점연구소지원사업, 미래소재디스커버리사업의 지원으로 진행됐으며, 특히 연세대가 교내 공동연구 진흥을 위해 신규 도입한 ‘연세 시그니처 연구클러스터 사업’의 지원이 있었다. 본 연구결과는 세계적인 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 8월 18일(현지시간) 게재됐다. 출처 : 한국강사신문(https://www.lecturernews.com)

극성에 분산되는 신규풀러렌 유도체 및 풀러렌 제공층 구조 최초 개발 ▲ (왼쪽부터) 성균관대 전일 교수, 제1저자 김규선 연구원·한지예 연구원, 고려대 우한영 교수, 제1저자 Wu Ziang 연구원 (사진=성균관대) [에너지경제신문 송기우 에디터] 성균관대학교(총장 신동렬) 나노공학과 전일 교수 연구팀(제1저자 김규선, 한지예 연구원)이 고려대 우한영 교수 연구팀(제1저자 Wu Ziang 연구원)과 함께 풀러렌(Fullerene) 제공층을 가지는 고효율 페로브스카이트 태양전지의 구조를 세계 최초로 개발했다. 비극성 용매에만 용해되는 종래의 풀러렌 유도체를 태양전지에 사용 시 실질적으로 적용할 수 있는 구조가 한정되어 있지만, 연구에서 제작한 ‘PC61B-TEG와 PC61B-BiTEG의 경우 극성/비극성 용매에 용해성이 뛰어나고 모든 구조에 적용이 가능하다’고 했다. 전일 교수는 "PC61B-TEG 및 PC61B-BiTEG의 풀러렌 유도체를 이용하여 농도 구배 (concentration gradient) 제어가 가능한 풀러렌 제공층 구조를 최초로 개발하였다"고 밝혔다. 전자 수송재료로 개발된 대부분의 풀러렌 유도체는 극성 용매에 불용성을 가지고 있어 소량만 첨가 가능하며 국한된 소자 구조에만 적용 가능하다는 아쉬움이 있었다. 이에 연구팀은 비극성 용매뿐만 아니라 극성 용매에서도 용해성이 뛰어난 풀러렌 유도체를 합성하였고, 이들의 농도 구배 제어가 가능한 풀러렌 제공층 구조를 개발했다. 개발한 풀러렌 제공층 위에 페로브스카이트 필름 형성 시, 웨이팅 효과 (Waiting effect)를 이용하여 페로브스카이트 필름 내에 농도 구배를 통한 정밀 제어로 전자 수송재료의 흡수를 자유롭게 조절할 수 있다. 이를 통해 큰 페로브스카이트 결정의 형성 유도, 에너지 소자의 효율 및 안정성을 극대화하여 고효율화 및 고안정성에 최적화된 소자를 구현해 낼 수 있었다는 설명이다. 제작된 페로브스카이트 태양전지는 23.34%의 광전효율을 기록하였는데 이는 풀러렌 제공층이 존재하지 않는 기존 소자의 21.88% 대비 향상된 것이다. 극성 유·무에 구애받지 않고 정밀 제어가 가능한 풀러렌 제공층 도입을 통해 풀러렌 기반의 n형 전하 수송재료가 적용 가능한 페로브스카이트 태양전지의 구조적 한계를 극복하고 페로브스카이트의 결정성장 유도 및 에너지 소자의 효율과 안정성을 더욱 향상시킨 결과라고 설명한다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 개인기초연구(신진연구)사업, 개인기초연구(중견연구)사업, 개인기초연구(박사후국내연수)사업의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 세계적으로 권위 있는 에너지재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼스(Advanced Energy Materials)’에 4.17(일) 온라인 게재되었다.

▲ 청색 페로브스카이트 발광소자(PeLED) 발광 이미지 및 공액 고분자 전해질 분자 구조 © 특허뉴스 디스플레이 소자는 TV나 스마트폰 등 IT 산업의 필수품으로 디스플레이 기술이 날로 진화하고 있는 가운데 LCD(Liquid Crystal Display, 액정 디스플레이)를 거쳐 현재 OLED(Organic Light Emitting Diode, 유기발광소자)가 최신 디스플레이 소자로 알려져 있다. 하지만, 이들의 발광선폭은 30nm(나노미터) 이상이기 때문에 천연색을 그대로 구현하기 위해서는 발광 선폭이 좁은 새로운 발광체의 개발이 필요하다. 이 때문에 차세대 물질로 ‘페로브스카이트(Perovskite)’가 대두되고 있다. 페로브스카이트는 유·무기 복합구조를 가지는 재료로 그간 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 태양전지 소재로 각광받아 왔다. 이 물질은 태양전지의 원리(빛 에너지 → 전기에너지)를 역으로 이용해 전기에너지를 받아 빛을 내는 발광소자로도 쓸 수 있다. 높은 색 선명도, 우수한 전자이동도 그리고 할로겐 원소 치환 및 혼합기술을 통한 손쉬운 밴드 갭(band gap) 조절이 가능해 차세대 디스플레이 기술을 대체할 것이라는 전망이 나오고 있다. 이러한 가운데, 디스플레이에서 가장 어려운 청색광 구현 문제가 해결돼 OLED TV대신 ‘PeLED’ (피이 엘이디) TV를 집에서 볼 날이 더 가까워졌다. UNIST 송명훈·곽상규 교수팀은 고려대학교 화학과 우한영 교수 연구팀과 공동으로 청색광을 발산하는 ‘페로브스카이트 발광소자(Perovskite LEDs, 이하 PeLED)’를 개발했다. 연구팀이 개발한 페로브스카이트 발광소자는 청색광을 만드는 효율이 기존 대비 3배 이상 높고 색 순도(純度)가 높아 또렷한 푸른색 구현이 가능하다. 발광소자는 TV나 휴대폰에서 색상을 구현하는 장치다. PeLED는 색상 구현 물질로 페로브스카이트를 쓴다. 페로브스카이트는 이온(ion)을 품고 있는 물질로 이온 종류를 바꾸는 방식으로 여러 가지 색상을 만들 수 있다. 다른 발광 소재들에 비해 생산 단가가 낮고 자연에 가까운 천연색을 구현할 수 있어 차세대 디스플레이 소재로 크게 주목받고 있다. 하지만 청색 PeLED는 전기에너지를 빛으로 바꾸는 효율이 10%밖에 되지 않아 전력소모가 많다. 빨강이나 녹색의 절반에도 못 미친다. 또 청색 PeLED를 구현하기 위해 첨가하는 이온 때문에 색 순도가 시간이 지남에 따라 떨어지는 문제가 있고 또렷한 청색이 아닌 다른 색상이 섞여 나온다. 연구진은 페브스카이트 물질을 복잡하게 조작하는 방식 아닌 인접한 물질을 바꿔 소자의 성능을 향상시키는 획기적인 방법을 썼다. 발광 소자 내에서 페로브스카이트와 인접한 ‘정공수송층’ 물질을 바꾼 것이다. 페로브스카이트 소자를 만들 때 공정이 단순해져 가격적인 측면에서도 유리하다. 새롭게 합성한 유기물을 정공 수송층로 썼을 때 기존 발광소자 대비 3~4배 정도 효율이 향상됐고 색 순도를 나타내는 지표인 ‘전계발광 스펙트럼’도 크게 안정됐다. 제1저자인 장충현 연구원은 “이번 연구는 청색 PeLED의 근원적인 문제를 페로브스카이트 발광층 자체가 아닌 페로브스카이트와 정공수송층간의 계면(서로 다른 물질의 경계면) 성질 변화로 해결했다는 점에서 의의가 크다”라고 설명했다. 연구진은 PeLED 소자에 쓰이는 전도성 고분자(PEDOT:PSS)를 대신해 ‘공액 고분자 전해질’을 정공 수송층으로 썼다. 정공 수송층을 이 물질로 바꿨을 때 페로브스카이트입체 구조의 규칙성(결정성)이 좋아지고 계면에서 결함이 줄어 발광소자가 전기를 빛으로 바꾸는 효율이 크게 향상됐다. 또 공액 고분자 전해질을 구성하는 곁가지 이온의 크기가 클수록 페로브스카이트 물질이 뚜렷한 결정성을 갖고 계면에 결함이 적은 것을 확인했다. 송명훈 교수는 “PeLED는 6년이라는 짧은 시간 동안 OLED (Organic LED) 수준의 효율을 구현했지만, 청색광 효율이 10% 수준 이었다”며 “이번 연구를 통해 소자 효율과 색 순도 문제가 동시에 개선돼 상용화를 앞당길 수 있을 것”이라고 기대했다. 이번 연구결과는 나노 분야의 세계적 권위지인 ‘에이시에스 나노(ACS Nano)’ 9월 10일자로 온라인으로 공개됐다. 논문명은 Sky-Blue-Emissive Perovskite Light-Emitting Diodes: Crystal Growth and Interfacial Control Using Conjugated Polyelectrolytes as a Hole-Transporting Layer 이다.

KAIST·고려대 연구팀 '바카디 럼주' 수용액 용매로 활용 "친환경적이면서도 고성능 구현"…국제학술지 표지에 논문 실려 왼쪽부터 KAIST 김범준 교수, 고려대 우한영 교수, KAIST 이창연 박사 [한국연구재단 제공=연합뉴스] (대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 국내 연구진이 기발하면서도 우연한 실험을 바탕으로 세계 최고 수준의 친환경 유기 태양전지 기술을 구현했다. 한국연구재단은 한국과학기술원(KAIST) 김범준 교수·고려대 우한영 교수 연구팀이 유독성 용매 공정 없이 전자소자를 친환경적으로 제작할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다고 26일 밝혔다. 유기 전자소자는 유연하고 가벼운 데다 활용 범위가 크다는 장점을 지닌다. 다만 현재로서는 인체나 환경에 유독한 유기 용매를 써서 제작해야 하는 한계를 동시에 보인다. 학계에선 물과 같은 친환경 용매를 도입하기 위한 다양한 시도를 하고 있다. 연구팀은 물과 에탄올로 구성된 혼합용액에 잘 녹는 '친수성 고성능 전도성 유기 소재'를 만들었다. 성과는 굉장히 우연한 사건 덕분에 나왔다. 연구팀의 친환경 유기 전자소자 프로젝트는 에탄올을 공정용매로 활용하자는 아이디어에서 시작했다. 독창적인 방식을 구상하던 중 재미 삼아 시중에서 파는 술을 용매로 쓰게 됐다. 물과 에탄올이 50대 50의 비율로 섞인 럼주로 실험을 진행했는데, 놀랍게도 모든 과정이 순조로웠다고 한다. 럼주에서 전도성 소재 용해도가 훨씬 높다는 사실을 발견했기 때문이다. 순수한 물이나 순수한 에탄올 같은 용매가 OEG 기반 전도성 고분자를 거의 녹이지 못하는 것과는 다른 결과다. 개발된 고분자 소재는 순수한 물이나 에탄올보다 럼주(바카디 151)에서 가장 잘 녹았다. 이 럼주는 물과 에탄올이 50대 50 몰 비율로 혼합돼 있다. 물·에탄올 공정의 인체·환경 친화성을 방증하는 실험 결과라고 연구팀은 설명했다. [한국연구재단 제공=연합뉴스] 실제 럼주 같은 물·에탄올 혼합 용매에서는 용해도가 130배나 향상했다. 이를 기반으로 수용액 공정에서 유기 태양전지와 유기 트랜지스터를 개발했더니 높은 광전변환 효율(2％)을 보였다. 물 또는 알코올 용해성 전도성 소재 기반 유기 태양전지 기준으로는 세계 최고 기록이라고 연구팀은 전했다. 우수한 전하 이동도와 대기 안정성도 확인됐다. 연구팀은 전 공정에 걸쳐 유독한 유기 용매를 전혀 사용하지 않았다고 강조했다. 이 덕분에 유해물질 차단 장비(글로브 박스)도 필요하지 않았다. 해당 소재는 올리고에틸렌글리콜(oligoethylene glycol·OEG) 곁사슬을 포함한다. 어드밴스드 에너지 머티리얼스 표지 이미지[한국연구재단 제공=연합뉴스] 김범준 교수는 "지속가능한, 인체·환경 친화적인 공정 기술 개발이라는 측면에서 매우 의미 있는 성과"라며 "유기 전자소자 제작 패러다임을 바꾸는 한편 기술 상용화를 크게 앞당길 것으로 기대한다"고 말했다. 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 나노소재기술개발사업과 글로벌프론티어사업 지원으로 수행했다. 재료 분야 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼스'(Advanced Energy Materials) 5일 자 표지에 논문이 실렸다. KAIST 생명화학공학과 이창연 박사가 논문 1저자다. walden@yna.co.kr

송현수 기자 songh@busan.com UNIST·고려대 연구팀, 고효율·고순도 청색 발광 PeLED 개발 소자 내 물질 교체로 발광 효율 3배 이상 향상 청색 페로브스카이트 발광소자(PeLED) 발광 이미지 및 공액 고분자 전해질 분자 구조. UNIST 제공 청색 페로브스카이트 발광소자(PeLED) 발광 스펙트럼 안정성 증가: 기존에 정공 수송 층으로 주로 사용되는 전도성 고분자(PEDOT:PSS) 대비 공액 고분자 전해질을 사용한 페로브스카이트 발광소자의 발광 스펙트럼이 안정되었다. UNIST 제공 디스플레이에서 가장 어려운 청색광 구현 문제가 해결돼 OLED TV대신 ‘PeLED’ (피이 엘이디) TV를 집에서 볼 날이 더 가까워졌다. 색 순도와 효율이 기존보다 뛰어난 청색광을 발산하는 '페로브스카이트 발광 소자'(Perovskite LEDs·이하 PeLED)가 울산과학기술원(UNIST) 연구팀에 의해 개발된 것이다. 14일 UNIST에 따르면 송명훈·곽상규 교수팀이 고려대 화학과 우한영 교수팀과 공동으로 청색 PeLED를 개발했다. 연구팀이 만든 PeLED는 청색광을 만드는 효율이 기존 대비 3배 이상 향상됐고, 색 순도도 높아 또렷한 푸른색 구현이 가능하다. 발광 소자는 TV나 휴대전화에서 색상을 구현하는 장치로, PeLED는 색상 구현 물질로 페로브스카이트를 쓴다. 페로브스카이트는 이온을 품고 있는 물질로, 이온 종류를 바꾸는 방식으로 여러 가지 색상을 만들 수 있다. 다른 발광 소재들보다 생산 단가가 낮고 자연에 가까운 천연색을 구현할 수 있어 차세대 디스플레이 소재로 주목받고 있다. 그간 청색 PeLED는 전기에너지를 빛으로 바꾸는 효율이 10%밖에 되지 않아 전력 소모가 많았다. 또 청색 PeLED를 구현하기 위해 첨가하는 이온 때문에 색 순도가 시간이 지나면서 떨어지는 문제도 있었다. 연구팀은 페로브스카이트 물질을 복잡하게 조작하는 방식 대신 인접한 물질을 바꿔 소자의 성능을 향상하는 방법으로 이 문제를 해결했다. 발광 소자 내에서 페로브스카이트와 인접한 '정공수송층 물질'(전하 입자인 정공이 통과하는 물질)을 바꾼 것이다. 제1 저자인 장충현 연구원은 "이번 연구는 청색 PeLED의 문제를 페로브스카이트 발광층 자체가 아닌 페로브스카이트와 정공수송층 간 계면(서로 다른 물질의 경계면) 성질 변화로 해결했다는 점에서 의의가 크다"고 설명했다. 연구팀은 PeLED 소자에 쓰이는 전도성 고분자를 대신해 '공액 고분자 전해질'을 정공수송층으로 썼다. 정공수송층을 이 물질로 바꿨을 때 페로브스카이트 입체 구조의 규칙성(결정성)이 좋아지고, 계면에서 결함이 줄어 발광 소자가 전기를 빛으로 바꾸는 효율도 크게 향상됐다. 송 교수는 "PeLED는 6년이라는 짧은 시간 동안 OLED(Organic LED) 수준의 효율을 구현했지만, 청색광 효율이 10% 수준이었다"며 "이번 연구를 통해 소자 효율과 색 순도 문제가 동시에 개선돼 상용화를 앞당길 수 있을 것"이라고 말했다. 연구 결과는 나노 분야 세계적 학술지인 '에이시에스 나노'(ACS Nano) 9월 10일 자로 온라인 공개됐다. 연구는 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업, 기초연구실지원사업, 미래소재원천기술개발사업, 고려대 이공학 학술연구기반구축 연구사업 등의 지원을 받아 이뤄졌다. 송현수 기자 songh@busan.com 송현수 기자 songh@busan.com