페로브스카이트 LED 연구동향
2020-03-24
org.kosen.entty.User@6fee3a62
이동진(voinarim)
1. 서론
발광다이오드(light-emitting diode, LED)는 높은 광도 및 에너지 효율, 장 수명, 낮은 소비전력 등의 장점을 가지며 광공학, 디스플레이, 의료, 광통신 분야에서 폭넓게 사용되고 있다[24]. 하지만, 전통적인 무기(inorganic) 반도체 기반 LED(GaN, GaP, GaAs)는 색 순도가 낮고, 고진공 증착 및 고온 공정을 필요로 한다는 단점이 있으며, 이를 개선하기 위해 개발된 용액공정기반의 OLED(organic light-emitting diode) 혹은 QLED(quantum-dot light-emitting diode)는 색 성능 및 공정단가를 개선하였으나 아직 상용화 과정을 거치거나 시작단계에 머물러 있다. 특히, 청색 OLED의 짧은 수명, QLED에 포함된 cadmium의 독성, 상대적으로 낮은 수율과 높은 비용은 여전히 극복해야할 과제이다[24].
할라이드 기반 페로브스카이트(halide-based perovskite) 물질은 긴 전하확산거리(carrier diffusion length), 밴드갭 조절가능성, 높은 광흡수계수, 뛰어난 결함내성(defect tolerance) 등의 뛰어난 광학적 및 전기적 특성으로 인해 광전분야에서 지난 10년동안 폭넓게 연구되고 있다[22]. 특히 페로브스카이트 태양전지의 광전변환효율(power conversion efficiency)은 2009년 3.9%에서 2019년 25.2%로 급격하게 증가하여 기존 실리콘 태양전지가 달성한 26.7%의 최고효율을 1% 이내로 좁혔다[23]. 태양전지 분야에서의 급속한 성장은 자연스레 LED 분야로의 관심을 유도하여 2014년 이후로 관련 논문 출판수(CAGR ~ 137%) 및 인용수가 가파르게 증가하였다 [그림 1]. 페로브스카이트 LEDs(PeLEDs)는 높은 색 순도(color purity) 및 넓은 색 영역(color gamut)을 가지고 있고, 가시광선-근적외선 영역에서 발광파장을 정밀하게 제어할 수 있으며, 용액공정 기반의 제조유연성 및 저비용으로 인하여 OLED 및 QLED를 대체하는 차세대 고해상도 디스플레이 분야의 강력한 후보로 주목받고 있다.
본 글에서는 PeLEDs의 구조 및 특성, 최신 연구동향, 해결해야 할 과제 등에 대해 살펴보고자 한다.
발광다이오드(light-emitting diode, LED)는 높은 광도 및 에너지 효율, 장 수명, 낮은 소비전력 등의 장점을 가지며 광공학, 디스플레이, 의료, 광통신 분야에서 폭넓게 사용되고 있다[24]. 하지만, 전통적인 무기(inorganic) 반도체 기반 LED(GaN, GaP, GaAs)는 색 순도가 낮고, 고진공 증착 및 고온 공정을 필요로 한다는 단점이 있으며, 이를 개선하기 위해 개발된 용액공정기반의 OLED(organic light-emitting diode) 혹은 QLED(quantum-dot light-emitting diode)는 색 성능 및 공정단가를 개선하였으나 아직 상용화 과정을 거치거나 시작단계에 머물러 있다. 특히, 청색 OLED의 짧은 수명, QLED에 포함된 cadmium의 독성, 상대적으로 낮은 수율과 높은 비용은 여전히 극복해야할 과제이다[24].
할라이드 기반 페로브스카이트(halide-based perovskite) 물질은 긴 전하확산거리(carrier diffusion length), 밴드갭 조절가능성, 높은 광흡수계수, 뛰어난 결함내성(defect tolerance) 등의 뛰어난 광학적 및 전기적 특성으로 인해 광전분야에서 지난 10년동안 폭넓게 연구되고 있다[22]. 특히 페로브스카이트 태양전지의 광전변환효율(power conversion efficiency)은 2009년 3.9%에서 2019년 25.2%로 급격하게 증가하여 기존 실리콘 태양전지가 달성한 26.7%의 최고효율을 1% 이내로 좁혔다[23]. 태양전지 분야에서의 급속한 성장은 자연스레 LED 분야로의 관심을 유도하여 2014년 이후로 관련 논문 출판수(CAGR ~ 137%) 및 인용수가 가파르게 증가하였다 [그림 1]. 페로브스카이트 LEDs(PeLEDs)는 높은 색 순도(color purity) 및 넓은 색 영역(color gamut)을 가지고 있고, 가시광선-근적외선 영역에서 발광파장을 정밀하게 제어할 수 있으며, 용액공정 기반의 제조유연성 및 저비용으로 인하여 OLED 및 QLED를 대체하는 차세대 고해상도 디스플레이 분야의 강력한 후보로 주목받고 있다.
본 글에서는 PeLEDs의 구조 및 특성, 최신 연구동향, 해결해야 할 과제 등에 대해 살펴보고자 한다.