[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 성균관대학교는 신소재공학부 김한기 교수와 이보람 교수 공동 연구팀이 디스플레이의 핵심 소재인 희귀 금속 '인듐'을 사용하지 않고도 고성능을 유지하며 수명을 대폭 늘린 차세대 투명 전극 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

차세대 디스플레이의 핵심 기술로 주목받는 '페로브스카이트 발광다이오드(PeLED)'는 유연하게 만들 수 있고 색이 선명하다는 장점이 있다. 그러나 지금까지는 '인듐 주석 산화물(ITO)'이라는 소재를 투명 전극으로 사용해 왔다. 인듐은 희귀 금속이라 가격이 비쌀 뿐만 아니라, 시간이 지나면 소자 내부로 확산해 디스플레이의 성능을 떨어뜨리고 수명을 단축하는 고질적인 문제가 있었다.

연구진은 이를 해결하기 위해 인듐 대신 주변에서 흔히 찾을 수 있는 주석에 질소를 결합한 '질소 도핑 산화주석(NTO)' 기반의 새로운 투명 전극을 제안했다. 이어 특수한 나노 공정(RF 마그네트론 스퍼터링)을 통해 전극을 제작했으며, 실험 결과 기존 인듐 기반 전극(ITO)과 대등한 수준인 20.82%의 높은 발광 효율을 기록했다.

특히 이번 연구에서 가장 주목할 만한 성과는 '장기 안정성'이다. NTO 전극을 적용한 소자는 기존 ITO 전극 소자보다 수명이 2배 이상 길어졌다. 이는 전극 내부에 형성된 질소와 주석의 강한 결합이 금속 이온이 퍼져 나가는 것을 막아주는 방어막 역할을 하기 때문이다. 또한 이 기술은 낮은 온도에서도 대면적으로 제작할 수 있어, 실제 공장에 바로 적용해 대량 생산하기에도 유리하다.

연구를 이끈 김한기 교수는 "이번 성과는 비싼 희귀 금속에 의존해 온 기존 디스플레이 투명 전극 기술의 한계를 근본적으로 해결한 연구"라며 "앞으로 디스플레이뿐만 아니라 태양전지 등 다양한 차세대 에너지 소자 분야에서 인듐 없는 투명 전극 시대를 앞당기는 중요한 전환점이 될 것"이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 사업과 한국연구재단 중견 과제의 지원으로 수행됐으며, 논문은 재료 과학 분야의 국제 학술지인 '머티리얼즈 투데이(Materials Today)' 온라인에 지난달 게재됐다.


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