양자점+유기반도체→발광 조절 나노구조체 개발

차세대 태양전지와 디스플레이에 응용

▲양자점-유기반도체 결합 나노구조체의 화학구조.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자] 차세대 태양전지와 디스플레이는 물론 각종 나노, 분자 광전자 소자에 응용 가능한 나노구조체가 개발됐다. 국내 연구팀은 발광체로 쓰이는 양자점에 기능성 유기반도체를 결합해 발광색을 조절할 수 있는 나노구조체를 만들었다.

양자점(quantum dot)은 지름 수십 나노미터(㎚) 이하의 0차원 나노물질로 크기에 따라 방출되는 빛의 색깔이 변하기 때문에 전자소자나 디스플레이, 에너지 소자 등에 응용된다. 유기반도체는 구성하는 탄소원자의 파이(π) 궤도 전자들이 교대로 결합하는 구조 때문에 전기전도 특성이 우수하고 자체 발광특성을 보이는 것을 말한다.

양자점은 그 발광특성을 세밀히 조절하기 어려운 한편 유기반도체 발광소재는 발광효율의 한계로 두 물질의 특성을 유지하면서 결합하는 데 어려움이 있었다. 연구팀은 유기반도체 끝에 기능기를 부착해 양자점과 잘 결합하고 상호 간의 발광특성을 조절할 수 있도록 함으로써 이들 단점을 극복했다.

실제 양자점과 유기반도체 사이가 절연분자를 통해 상대적으로 멀리 연결돼 있으면(1~10nm) 발광색을 조절할 수 있었고 양자점과 유기반도체가 가까이(1nm 미만) 결합되면 원활한 전하전달로 인해 광전류가 증가, 태양전지 나노소재로의 응용을 기대해 볼 수 있다.

이번 연구는 주진수 고려대 물리학과 교수 및 이광섭 한남대 교수 연구팀이 주도했다. 미래창조과학부가 추진하는 중견연구자 지원사업(핵심)의 지원을 받아 이뤄졌다. 연구결과는 네이처출판 그룹(NPG)이 발행하는 신소재 분야 국제학술지 NPG 아시아 머티리얼스(NPG Asia Materials) 6월6일자 온라인판(논문명 : Quantum dot and π-conjugated molecule hybrids : nanoscale luminescence and application to photoresponsive molecular electronics)에 실렸다.

주 교수는 "전도성 원자힘 현미경을 이용해 측정한 결과 양자점-유기반도체 결합 나노구조체에서 광전류 증가를 관찰한 바 이는 새로운 나노구조체를 이용한 분자 광전자 소자로 응용 가능성을 보여주는 것"이라고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr