나노기술 및 정책 정보

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● 한국기초과학지원연구원의 채원식 박사, 대구경북과학기술원의 이종수 교수 공동연구팀은 페로브스카이트 광소재 내 양자입자의 상태변화를 실시간 분석해 발광 효율을 저해하는 요인을 제거함으로써, 발광의 안정성을 높이는 데 성공

● 페로브스카이트 광소재는 높은 발광효율과 고색순도를 지녀, 유기발광다이오드(OLED)를 대체할 차세대 디스플레이 소재로 각광받고 있지만, 페로브스카이트는 표면과 내부가 열이나 빛에 노출됐을 때 이온 결합들이 불안정한 거동을 일으켜, 디스플레이 성능을 저하시키고 발광 시간을 짧게하여 발광효율 저하의 요인으로 작용

● 특히, 발광 현상은 나노광소재를 빛으로 들뜨게 했을 때 생성되는 전자-정공(exciton) 재결합 또는 엑시톤쌍(biexciton)의 결합 에너지를 통해 일어나는 것으로 알려져 있지만, 이번 연구로 새로 알게된 사실은 엑시톤, 엑시톤쌍 재결합에 의한 발광경로 외에 트라이온(trion) 결합이라는 또다른 발광경로가 존재한다는 것임.

● 연구팀은 ‘시분해 형광 공초점 현미경(FLIM)’ 장비로 단일 나노입자 내부를 시간과 공간을 동시 분할하여 양자입자의 상태변화를 실시간 분석한 결과, 엑시톤에 음전하를 띠는 전자 또는 양전하를 띠는 정공이 추가적으로 결합한 트라이온 양자입자의 존재여부를 확인

● 또한, 이렇게 생성된 음전하 또는 양전하 트라이온 입자들의 불규칙한 움직임이 발광의 안정성을 낮추는 주요 원인임을 발견

● 특히, 발광 효율 저하의 주요 요인이 되는 트라이온 재결합을 차단하기 위해 은(Ag) 나노막대 광결정 기판을 적용해서 결합 경로를 효과적으로 제어하는 기술을 세계 최초로 개발

● 향후 페로브스카이트 소재 외에도 반도체 나노소재 내에서 발생하는 엑시톤 입자 및 다양한 양자입자의 새로운 발광 경로를 밝히는데 활용될 수 있을 것으로 기대

※ Journal of Physical Chemistry Letters 게재(2022.06.02.), “Multiple-route exciton recombination dynamics and improved stability of perovskite quantum dots by plasmonic photonic crystal”