부산대학교 국가지정연구실(NRL)인 ‘플라스틱 정보 및 에너지소재 연구실(이하 연구실)’은 플렉시블 디스플레이의 요소기술인 유기발광다이오드와 신재생에너지의 한 축을 형성하고 있는 유기태양전지 및 염료감응형 태양전지에 관계된 핵심 소재 및 소자 개발을 수행하고 있다.
유기발광다이오드는 LCD에 비해 응답속도가 빠르고 시야각·대조비 등이 우수하다. 또 공정 단순화가 가능하고 백라이트가 필요없어 얇은 구조로 제작 가능하며 소비전력 측면에서도 여러 장점을 갖고 있다. 특히 형광계 고분자 발광다이오드는 단일 박막층으로 디바이스를 구현해도 다른 발광 소자에 견줄 만한 발광 효율과 낮은 직류 구동 전압, 발광 빛의 균일성 등을 보여준다. 그뿐만 아니라 열에 취약한 저분자계 유기발광다이오드의 단점을 보완한 재료로 평가되며 특히 차세대 웨어러블PC의 디스플레이로 사용 가능하다. 하지만 형광계 유기발광다이오드는 높은 발광효율을 확보하는 데 한계가 있었다.
이에 따라 연구실은 현재 형광계 고분자 발광다이오드에 관해 전략적인 연구를 진행하고 있다. 최근 3년 동안 이리듐 금속(Ir) 착화합물을 적용한 인광계 저분자 발광재료와 삼중항 고분자(Triplet polymer)를 개발했고 이를 토대로 보다 높은 발광효율을 나타내는 인광계 유기발광다이오드에 관한 연구를 집중적으로 수행하고 있다.
실제로 연구실이 개발한 고효율 발광고분자는 최근 Taylor & Francis에서 출판된 ‘Organic Light-Emitting Materials and Device’를 통해 기존 발광고분자 중에서 가장 높은 효율을 나타내는 것으로 상세히 소개됐다. 또 형광계 청색 발광(색좌표 0.15, 0.09)을 나타내는 저분자 화합물을 적용해 유기발광다이오드를 제작하면 외부양자 효율이 5.3% 정도로 높게 나타난다는 점도 입증했다. 이는 일본에서 상품화돼 있는 형광계 청색 저분자 물질보다 우수한 특성을 갖춘 것으로 평가돼 현재 신뢰성 실험이 진행 중이다. 가장 최근에는 기존 상품화된 것보다 청색의 발광색을 높게 나타내면서도 유기발광다이오드 특성이 우수한 인광계 청색 발광물질을 내놓기도 했다.
전도성고분자를 이용한 유기태양전지에 대한 연구 분야에서 연구실은 P3HT와 용융성이 우수한 PCBM 유도체를 이용, 재현성 있는 유기태양전지 공정을 개발해 에너지 변환효율 4.6%를 달성했다. 이보다 높은 에너지 변환효율을 목표로 새로운 계열의 전도성고분자와 새로운 전자수용체 개발을 목전에 두고 있다. 연구실은 향후 10%의 에너지 변환효율을 갖춘 유기태양전지를 개발한다는 계획이다.
염료감응형 태양전지 분야에서는 기존 액체전해질을 대체할 수 있는 고체전해질을 개발, 염료감응형 태양전지의 안정성뿐 아니라 플라스틱 기판에 염료감응형 태양전지를 적용할 수 있는 연구가 진행 중이다.
연구실은 현재 중점 추진하고 있는 유기발광다이오드 분야와 유기 및 염료감응형 태양전지 분야에 대한 연구역량을 집중해 향후 연구실에서 개발한 유기발광다이오드용 핵심 소재를 유기발광다이오드 분야의 주요 재료로 만들어나갈 계획이다.
◆인터뷰-진성호 교수
“유기발광다이오드 분야와 유기 및 염료감응형 태양전지 분야에 연구역량을 집중할 것입니다. 또 연구의 시작 단계인 유기 및 염료감응형 태양전지 분야의 연구를 활성화시켜 궁극적으로 원천 기술을 개발하고 기술표준화에 선도적 역할을 해나가겠습니다.”
플라스틱 정보 및 에너지소재 연구실을 이끌고 있는 진성호 교수(부산대 화학교육과)는 국가지정연구실답게 연구개발을 향한 강한 의지를 보였다.
진 교수는 특히 “신재생에너지 개발에 대한 관심이 어느 때보다 높아 국내에서도 이 분야의 연구 열기가 고조되고 있다”며 “한국과학기술연구원·한국화학연구원 등과 공동 개발한 6.5%대의 고체전해질 에너지 변환효율을 올해 말까지는 7∼8%까지 끌어올리겠다”고 자신 있게 말했다.
이어 그는 “국가지정연구실 사업의 지원으로 개발된 여러 연구 결과를 산업체는 물론이고 지역 연구기관 등과 공유해 보다 우수한 부품소재를 개발하는 밑거름으로 삼을 계획”이라며 “유기발광다이오드와 염료감응형 태양전지 분야의 연구에서 지역은 물론 국가 차원의 중추적인 역할을 담당하고 싶다”고 포부를 밝혔다.