데일리연합 (SNSJTV. 타임즈M) 김재욱 기자 | DGIST 에너지공학과 양지웅 교수 연구팀이 차세대 광전자 소재로 주목받는 페로브스카이트의 물에 의한 열화 메커니즘을 원자 단위에서 실시간으로 관찰하고 규명하는 데 성공했다. 이번 연구는 페로브스카이트 소재의 안정성을 향상시켜 실용화를 앞당길 중요한 전략을 제시했다.

페로브스카이트는 LED, 태양전지, 광센서, 양자소자 등 다양한 광전자 소자에 활용될 차세대 발광 소재로 주목받고 있다. 뛰어난 발광 효율과 색 재현성을 지니고 있어 차세대 디스플레이 및 에너지 소재로 각광받고 있으나, 물에 대한 취약성으로 인해 실용화에는 어려움이 있었다.

연구팀은 '실시간 액상 투과전자현미경(in-situ liquid-phase TEM)' 기법을 활용하여 페로브스카이트가 물과 접촉할 때 발생하는 구조적 변화를 원자 단위에서 포착했다. 이를 통해 결정의 면(crystal facet)에 따라 물과의 반응 속도가 다르며, 특정 표면이 선택적으로 용해되면서 기존 입방형(cubic) 구조가 점진적으로 구형으로 변형되는 과정을 실시간으로 관찰하는 데 성공했다.

또한, 연구팀은 페로브스카이트 소재 표면의 열화를 억제할 수 있는 방안을 제시했다. 연구 결과, 페로브스카이트와 강한 결합력을 갖는 리간드(ligand) 또는 소수성(hydrophobic) 고분자로 나노결정 표면을 보호하면 구조 변화를 효과적으로 억제할 수 있으며, 전체적인 열화 속도 역시 현저히 감소하는 것으로 확인됐다.

양지웅 교수는 "이번 연구는 페로브스카이트의 물에 의한 열화 현상을 최초로 원자 단위에서 실시간 시각화하여, 소재의 안정성 문제를 근본적으로 이해하는 데 중요한 단서를 제공했다"며 "이번 연구 결과를 바탕으로 페로브스카이트 소재의 안정성을 획기적으로 향상시켜 상용화를 가속화할 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 나노 및 소재기술개발사업(소재글로벌영커넥트), 한국산업기술진흥원 한-미 국제공동기술개발사업, 삼성전자 미래기술육성센터의 지원을 받아 진행됐으며, DGIST, 로렌스버클리국립연구소, 포항가속기연구소의 공동연구로 수행됐다. 연구 결과는 Cell의 자매지이자 세계적 재료과학 학술지 'Matter'에 게재됐다.