GIST 보도자료 양식

- 1 -

보도자료

홈페이지 게시

배 포 일

2024. 10. 21(월).

보도자료

담 당

미디어홍보팀

김지훈 팀장

062-715-2061

이나영 선임행정원

062-715-2062

자료문의

신소재공학부

김호범 교수

062-715-2741

GIST-서울대, 고효율 녹색 페로브스카이트 LED 개발

발광체·계면 결함 동시 제어해 세계 최고 수준 성능 달성

친핵성 첨가제 도입, 페로브스카이트 발광체 내부 결함과 발광층-정공수송층

사이 계면 결함 동시 억제… 단일 양이온 기반 녹색 페로브스카이트 LED 중

최고 외부양자효율(23.46%) 달성

“하나의 첨가제만으로 발광체와 계면의 결함 모두 효과적으로 제어할 수 있어…

고효율 페로브스카이트 LED 개발 및 상용화 기여 기대” 국제학술지《Small》게재

□ 광주과학기술원(GIST, 총장 임기철)은 신소재공학부 김호범 교수와 서

울대학교 재료공학부 이태우 교수 공동연구팀이 강력한 친핵성 물질을

이용해 페로브스카이트 발광체의 내부 결함*과 발광층-정공수송층* 사

이의 계면 결함을 동시에 제어함으로써 성능이 크게 향상된 녹색 페로

브스카이트 LED*를 개발했다고 발표했다.

* 결함: 결정 구조에서 이상적인 원자 배열을 벗어난 부분. 페로브스카이트 결함은

페로브스카이트 소재의 광전자적 특성 및 구조적 안정성을 저해시키는 것으로 알

려져 있다.

* 페로브스카이트 LED: 금속 할라이드 페로브스카이트 소재를 발광층으로 사용하

는 LED. 높은 색순도, 공정 용이성, 높은 발광효율 등을 바탕으로 차세대 디스플

레이 소자로 각광받고 있다.

* 정공수송층: 양극에서 주입된 정공이 발광층으로 잘 주입되도록 양극과 발광층

사이에 삽입하는 층.

- 2 -

□ 페로브스카이트 LED는 높은 색순도, 공정 용이성, 높은 발광효율 등으

로 인해 OLED와 QLED를 잇는 차세대 디스플레이 소자로 주목받고 있

다.

∘ 하지만, 페로브스카이트 발광체의 내부 결함과 발광층-정공수송층 사

이 계면의 결함은 페로브스카이트 LED의 발광효율과 안정성을 저해

하는 주요 요인으로 알려져 왔다.

□ 연구팀은 강력한 친핵성 물질인 ODT(1,8-octanedithiol)의 도입을 통해

페로브스카이트 결정 내 결함과 발광층-정공수송층 사이 계면 결함을

동시에 제어하였으며, 이를 적용해 고성능의 페로브스카이트 LED 소자

를 개발했다.

∘ 높은 친핵성을 갖는 ODT는 발광체로 쓰인 MAPbBr3 페로브스카이트

내 비배위된 납 이온(Pb2+)과 상호작용을 통해 효과적으로 결함을 제

어할 수 있다.

∘ 또한, ODT는 페로브스카이트 결정립을 작게 만들어 엑시톤*을 공간적

으로 가둘 수 있으며, 발광층과 정공주입층 사이 계면에 주로 위치하

여 계면에서의 엑시톤 소멸을 방지함으로써 페로브스카이트의 발광

특성을 향상시킬 수 있다.

* 엑시톤: 전자와 정공이 전기적 인력에 의해 하나의 입자처럼 결합된 준입자로

재결합 시 빛을 방출함.

□ 연구팀은 ODT를 도입한 페로브스카이트 발광체를 LED 소자에 적용하

여 단일 양이온 기반 녹색 페로브스카이트 LED 중 세계 최고 수준인

23.46%의 외부양자효율*을 달성하였다.

* 엑시톤: 전자와 정공이 전기적 인력에 의해 하나의 입자처럼 결합된 준입자로 재

결합 시 빛을 방출함.

- 3 -

* 외부양자효율: 주입된 전자와 정공 중에서 빛으로 변환되는 비율. LED 소자의 주

요 성능 지표로, 20%가 넘으면 우수한 페로브스카이트 LED로 평가됨.

□ 김호범 교수는 “이번 연구는 하나의 첨가제를 통해 페로브스카이트

결정 내 결함뿐만 아니라 발광층-정공수송층 사이 계면의 결함까지도

효과적으로 제어할 수 있다”며 “향후 고효율 페로브스카이트 발광다

이오드 개발 및 상용화에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다”고 말

했다.

□ GIST 신소재공학부 김호범 교수와 서울대 재료공학부 이태우 교수가

주도한 이번 연구는 한국연구재단(NRF)과 유럽연합 Horizon 2020 연구

및 혁신 프로그램의 지원을 받아 수행되었다.

∘ 본 연구 성과는 국제학술지 《Small》에 2024년 9월 25일 온라인 게재

되었다. <끝>

- 4 -

용 어 설 명

결함

○ 결정 구조에서 이상적인 원자 배열을 벗어난 부분. 페로브스카이트 결함은

페로브스카이트 소재의 광전자적 특성 및 구조적 안정성을 저해시키는 것으로

알려져 있다.

페로브스카이트 LED

○ 금속 할라이드 페로브스카이트 소재를 발광층으로 사용하는 LED. 높은 색순도,

공정 용이성, 높은 발광효율 등을 바탕으로 차세대 디스플레이 소자로 각광받고

있다.

정공수송층

○ 양극에서 주입된 정공이 발광층으로 잘 주입되도록 양극과 발광층 사이에

삽입하는 층.

엑시톤

○ 전자와 정공이 전기적 인력에 의해 하나의 입자처럼 결합된 준입자로 재결합

시 빛을 방출함.

외부양자효율

○ 주입된 전자와 정공 중에서 빛으로 변환되는 비율. LED 소자의 주요 성능 지표로,

20%가 넘으면 우수한 페로브스카이트 LED로 평가됨.

- 5 -

그 림 설 명

[그림] ODT의 도입을 통한 MAPbBr3 페로브스카이트의 발광 특성 향상을

보여주는 개략도. 순수 MAPbBr3에서 페로브스카이트 내부 결함과

계면 결함에 의해 엑시톤이 소멸됨(좌). ODT가 MAPbBr3

페로브스카이트 내부 결함을 제어하고 엑시톤을 결정 내부에

공간적으로 가두며, 페로브스카이트와 정공수송층 사이에서 엑시톤

소멸을 방지하여 발광특성이 향상됨.(우)