나노기술 및 정책 정보

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서스캐처원 대학교(University of Saskatchewan)와 토론토 대학교(University of Toronto) 연구팀이 Canadian Light Source (CLS)를 사용한 연구는 양자점 기술을 우리 거실에 더 가깝게 만드는 데 도움이 되게 함. 양자점(Quantum Dot)이 할 수 있는 일은 많지만 그들이 우리의 삶을 바꿀 수 있는 가장 분명한 곳은 TV와 화면의 색상을 더 깨끗하게 만드는 것임. 양자점은 빛나는 나노결정으로, 과학자들이 차세대 LED를 개발하기 위해 연구해 왔음. 양자점이 빛날 때, 그것은 빨강, 파랑 또는 녹색의 정확한 파장으로 매우 순수한 빛을 생성함. 오늘날 TV 화면에서 볼 수 있는 기존의 LED는 원하는 색상을 얻기 위해 필터링되는 백색광을 생성함. 이 과정은 덜 밝고 흐린 색상으로 이어짐. 지금까지 모든 범위의 색상을 생성하는 데 중요한 푸른빛을 발하는 양자점은 연구자들이 특히 개발하기 어려운 것으로 입증되었음. 최근 연구팀은 양자점 형광 분야에서 큰 도약을 이루었음. 아이디어는 파란색 LED가 있으면 모든 것을 가질 수 있다는 의미임. 항상 빛을 파란색에서 녹색 및 빨간색으로 다운 변환할 수 있으나, 녹색의 낮은 에너지를 가지는 빛을 사용하여 파란색을 만들 수는 없는 것임. 이 팀의 돌파구적인 업적은 22 %의 외부 양자 효율 (EQE)에서 녹색 빛을 생성하였고, 12.3 %의 효율로 파란색을 생성하는 양자점으로 이어졌음. 이론적인 최대 효율은 25 %에서 그리 멀지 않으며, 10 % 이상의 EQE를 달성한 것으로 보고된 최초의 청색 페로브스카이트 LED임.

연구팀은 CLS 기술, 특히 HXMA 빔라인의 GIWAXS를 통해 양자점 필름에서 달성된 구조를 확인할 수 있었으며, 이를 통해 결과가 검증되었고 구조적 변화가 LED 성능 측면에서 무엇을 달성하는지 명확히 할 수 있었음.

첫 번째 과제는 균일성으로, 맑은 파란색을 보장하고 LED가 녹색 빛을 생성하는 방향으로 움직이는 것을 방지하는 것이 중요했음. 연구팀은 매우 균일한 조립을 달성하기 위해 특별한 합성 접근 방식을 사용했기 때문에 모든 단일 입자의 크기와 모양이 동일하여, 전체 필름은 거의 완벽하고 전체적으로 청색 방출 조건을 유지할 수 있었음.

다음 과제로, 연구팀은 양자점을 발광으로 여기시키는 데 필요한 전하 주입 문제를 해결해야했음. 결정은 그다지 안정적이지 않기 때문에 지지체 역할을 하고 지지하기 위해 안정화 분자가 필요함. 이들은 일반적으로 표면에 최대 18 개의, 빛을 생성하는 에너지를 얻기 어려운 탄소 비전도성 분자가 있는 긴 분자사슬로 이루어져 있음. 연구팀은 양자점을 안정화하기 위해 특별한 표면 구조를 사용했음. 긴 사슬 분자로 덮인 양자점으로 만든 필름에 비해 연구팀이 개발한 필름은 100 배 더 높은 전도도를 가지며 때로는 1000 배 더 높음.

이 놀라운 성능은 이러한 나노 결정 LED를 시장에 출시하는 데 있어 핵심 벤치 마크가 될 것임. 그러나 퀀텀 닷 LED의 수명을 짧게 만드는 안정성은 여전히 ​​문제이며, 이를 해결하기 위한 연구가 지속될 예정임.

본 연구 성과는 ‘Nature Nanotechnology’ (“Bipolar-shell resurfacing for blue LEDs based on strongly confined perovskite quantum dots”) 지에 게재됨