왼쪽부터 숭실대 화학공학과 김준모 졸업생(2026년 석사 졸업), 숭실대 신소재공학과 이예지 학생(2026년 석사 졸업), 숭실대 신소재공학과 박민호 교수, 숭실대 화학공학과 강범구 교수.

 

[대학저널 이선용 기자] 숭실대학교 연구팀이 용액공정 페로브스카이트 발광다이오드(PeLED)의 효율과 수명을 동시에 높이는 새로운 정공 수송층(HTL) 고분자 소재를 개발했다.

숭실대는 화학공학과 강범구 교수와 신소재공학과 박민호 교수 공동 연구팀이 개발한 새로운 정공 수송층(HTL) 고분자 소재는 색순도가 높고, 조성 조절만으로 발광 파장을 쉽게 바꿀 수 있어 차세대 디스플레이 소자로 주목받고 있다.

PeLED는 여러 기능성 층을 쌓은 다층 구조로 이뤄진다. 이 중 정공 수송층(HTL)은 정공 주입층(HIL)과 발광층(EML) 사이에 위치해 정공을 발광층으로 전달하는 역할을 한다. 정공 수송층의 정공 이동도와 에너지 준위는 발광층 내 전자와 정공의 균형을 좌우한다. 소자의 발광 효율과 구동 수명을 결정짓는 핵심 요소다.

연구팀이 이번에 개발한 고분자는 정공 수송 특성을 가진 트리페닐아민(triphenylamine) 그룹을 곁사슬에 도입한 단량체를 음이온 중합(anionic polymerization)으로 정밀 합성한 소재다. 연구팀은 π-공액 길이가 다른 두 종류의 단량체를 설계했다. 영하 30℃에서 단 2분 만에 중합을 완결해, 분자량과 분자량 분포가 정밀하게 제어된 고분자를 만드는 데 성공했다.

연구팀이 개발한 고분자를 정공 수송층에 적용한 PeLED 소자는 기존 정공 수송 소재(Poly(9-vinylcarbazole), PVK)를 적용한 소자보다 정공 주입 장벽이 낮아지고 정공 수송 특성이 향상됐다. 그 결과 외부 양자효율과 전류효율이 크게 개선됐다. 특히 π-공액 길이가 긴 고분자를 적용한 소자는 최대 외부 양자효율(EQE) 15.8%를 기록했다. 구동 수명도 PVK 적용 소자 대비 약 12배 늘었다.

강범구 교수는 “이번 연구는 정밀 음이온 중합을 통해 분자량 및 분자량 분포가 제어된 정공 수송 고분자를 합성해 PeLED의 정공 수송 특성과 발광층 계면 특성을 동시에 개선했다는 점에서 의미가 있다”고 말했다.

 

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