융복합 하이브리드 광전자 소자의 성능 극대화 및 신규 가치 창출

연구자 이화여자대학교 김동하
주요 지원 내역 개인기초연구사업
성과창출연도 2017
성과내용 본 연구진은 플라즈모닉스 효과와 저차원 유/무기 페로브스카이트 소재를 도입하여 광전자소자의 응용범위 확장성 및 성능 극대화를 통해 융복합 하이브리드 물질의 신규 가치를 창출하였다. 본 연구의 우수성은 태양에너지 변환, 광검출기, 발광소자/소재 등이 광범위한 융복합 소재기반 광전자소자에 보편적으로 통용될 수 잇는 핵심 원리를 발견하고, 관련 세부 요소를 실험적으로 규명하였다. 특히, 본 성과 중 페로브스카이트 광검출기 관련 논문은 최근 전 세계적인 연구성과에 대한 포괄적인 고찰과 우수한 성능 지표 도출에 대한 다양한 기법을 총 망라하여 기술하였다. 본 논문에서 저희 연구진은 소자 구성 및 소재의 구조/형태에 초점을 맞춘 페로브스카이트 기반 광 검출기의 최근 전세계적인 연구성과에 대한 포괄적인 고찰과 우수한 성능 지표도출에 대한 다양한 기법을 정리하여 기술하였다. 유기 반도체의 우수한 용액공정 및 높은 전하 이동성 등의 장점을 동시에 보유하고 있는 페로브스카이트는 현재 상용 실리콘을 대체하는 차세대 광 검출 핵심 소재로써 응용될 수 있을것으로 전망된다. 본 논문은 Royal Society of Chemistry 출판사에서 발행되는 Chemical Society Reviews (IF:38.618)에 2017년 8월 온라인 출판되었고, 표지논문으로 선정되었으며, 향후 페로브스카이트 광검출기 연구에 대한 유용한 길잡이가 될 것으로 예상된다. 본 연구와 연동된 심화연구로 유사 2차원(quasi-2D) 페로브스카이트 소재내에서의 에너지 전달규명 및 고효율 디스플레이 소자 개발에 대한 연구를 진행하였으며, 기존 3차원 소재에 비해 월등히 높은 외부양자효율을 도출하여, 전력 대비 우수한 발광 효율 특성을 검증/증명하였다. 본 연구에서는 저차원 페로브스카이트의 조성 제어를 통해 결정 내에서의 에너지 전달을 조절함으로써 최대 외부양자효율(EQE)이 7.4%에 달하는 녹색 발광 LED소자를 개발하였다. 또한 실시간 동역학 광학적인 분석을 통한 에너지 전달의 구체적인 메커니즘을 규명하였다. 본 연구는 향후 차세대 초저전력, 초고효율, 안정성 디스플레이 소자의 신가치 창출 및 상용화에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

       
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