성균관대학교(총장 유지범) 신소재공학부 김한기 교수와 이보람 교수 공동 연구팀이 디스플레이 핵심 소재인 희귀금속 인듐을 사용하지 않으면서도 성능을 유지하고 수명을 크게 늘린 차세대 투명 전극 기술을 개발했다.

8일 서군관대에 따르면 최근 차세대 디스플레이 기술로 주목받는 페로브스카이트 발광다이오드(PeLED)는 색 표현이 선명하고 유연하게 제작할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 지금까지는 투명 전극으로 인듐 주석 산화물(ITO)을 사용해 왔다. 인듐은 희귀금속이어서 가격이 높고 시간이 지나면 소자 내부로 확산돼 디스플레이 성능을 떨어뜨리고 수명을 단축시키는 문제가 있었다.

성균관대 연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 인듐 대신 주석에 질소를 결합한 질소 도핑 산화주석(NTO) 기반의 새로운 투명 전극을 제안했다. 연구팀은 RF 마그네트론 스퍼터링 공정을 통해 전극을 제작했으며 실험 결과 기존 인듐 기반 전극과 대등한 수준인 20.82%의 높은 발광 효율을 기록했다.

특히 이번 연구에서는 장기 안정성이 크게 개선됐다. NTO 전극을 적용한 소자는 기존 ITO 전극을 사용한 소자보다 수명이 2배 이상 길어졌다. 전극 내부에서 질소와 주석의 강한 결합이 금속 이온 확산을 억제해 방어막 역할을 하기 때문이다.

이 기술은 낮은 온도에서도 대면적으로 제작할 수 있어 실제 공정에 적용한 대량 생산에도 유리하다. 연구팀은 이를 통해 저비용 고효율 페로브스카이트 LED 상용화 가능성을 높일 수 있을 것으로 보고 있다.

김한기 교수는 “이번 연구는 희귀금속에 의존해 온 기존 디스플레이 투명 전극 기술의 한계를 근본적으로 해결한 성과”라며 “디스플레이뿐 아니라 태양전지 등 다양한 차세대 에너지 소자 분야에서도 인듐 없는 투명 전극 기술 활용이 가능할 것”이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 차세대 OLED 산업 원천기술개발 사업과 한국연구재단 중견연구 과제 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지 ‘머티리얼즈 투데이(Materials Today)’ 2월 26일 온라인판에 게재됐다.