차세대 유연 박막 광전소자 용액공정에 응용 기대

충남대 연구진이 간단한 용액공정을 개발해 고분자의 결정화도 및 양자점의 위치가 제어 가능한 유·무기 혼성나노전선을 제조하고, 투과전자현미경을 활용, 초미세 수준에서 고분자와 양자점의 자기조립 현상을 가시화하는데 성공했다.

교육부의 일반연구자지원사업과 미래창조과학부 기후변화대응기술사업의 지원을 받은 충남대 분석과학기술대학원 이은지 교수와 진선미 연구원이 유연 박막소자에 적용 가능하도록 p-형 전도성 고분자, n-형 양자점이 교대로 배열된 혼성 나노전선을 제조하고 이들의 상호정렬이 박막의 전기광학 특성에 미치는 영향을 규명했다고 밝혔다. 이번 연구결과는 재료 분야의 세계적인 귄위지인 ‘Advanced Functional Materials(논문영향지수 11.8)’ 5월 17일자에 게재됐다.

박막형 유·무기 혼성 전자소자의 성능을 향상시키기 위해서는 열이나 용매를 이용한 후처리 공정을 통해서 박막 내부의 p-n 접합 계면 및 모폴로지를 나노수준에서 정밀하게 제어해야 하는데, 후처리 공정의 적용은 두 물질간의 과도한 상 분리를 초래해 효율적인 전하의 생성과 이동을 저해할 수 있고 복잡한 공정으로 인해 비용절감에 한계가 있다.

이에 이은지 교수팀은 이종용매 상호간 점진적인 확산을 유도, 전도성 고분자와 양자점이 교대로 배열된 10 nm 미만의 p-n-p형 나노전선을 제조하고 간단한 용매 증발법을 이용해 박막을 제조했다. 이런 연구결과는 물질의 화학적 개질화 없이 간단한 용매 공정의 개선을 통해 전하의 분리와 이동에 효율적인 접합계면을 가진 박막 모폴로지의 제어를 성공했다는데 의의가 있다.

특히, 최첨단 나노기술인 삼차원 전자토모그래피 기법을 이용하여 나노전선 내 양자점의 배열을 가시화하고 흡광 스펙트럼 및 X-ray 분석 등을 통해 고분자의 결정화도가 양자점의 위치, 나아가 전하이동에 미치는 영향을 규명했다.

최근 연구팀은 이러한 분석법을 통해 금 나노입자를 포함하는 복잡한 혼성 나노구조체를 삼차원으로 해석하고 구조에 따른 특이적인 광학특성 유도 원리를 규명하여 ACS Nano(논문영향지수 12.9)지 4월 7일자에도 보고한 바 있으며, 미국화학회 저널에 highlight로 소개되기도 했다.

이은지 교수는 “용액공정의 용이성을 고려해 개발된 유·무기 혼성 나노전선 제조법은 공정비용의 절감과 높은 에너지 변환 효율을 요구하는 차세대 박막 광전소자에 응용이 기대된다”며 “특히 삼차원 투과전자현미경을 이용한 체계적인 나노소재 구조 분석은 신소재 개발에 있어 획기적인 아이디어를 제공할 것”이라고 밝혔다.