양자점과 기능성 유기반도체를 결합해 빛 색깔을 조절할 수 있는 발광 나노구조체가 개발됐다. 차세대 태양전지와 디스플레이, 나노·분자 광전자 소자에 응용될 것으로 기대된다.
주진수 고려대 물리학과 교수와 이광섭 한남대 신소재공학과 교수팀은 두 물질의 특성을 모두 갖는 새로운 나노구조체를 개발했다고 18일 밝혔다.
양자점은 지름이 수십 나노미터(㎚) 이하인 0차원 물질로 무기물 발광 반도체로 양자점을 만들면 크기에 따라 빛 색깔이 변한다. 유기반도체는 우수한 전기전도·자체발광 특성을 보이는 반도체로, 유기발광다이오드(OLED)에 쓰인다. 양자점은 발광특성을 세밀하게 조절하기 어렵고 유기반도체는 발광효율이 낮다는 단점이 있었다.
연구팀은 유기반도체 끝에 황(S)을 포함한 분자를 부착해 양자점과 결합시켰다. 두 물질 특성을 유지하면서 바로 결합시키기 어려워 이 분자를 일종의 접착제로 썼다. 양자점과 유기반도체 사이에 1~10㎚ 간격을 두고 연결하면 발광 색을 조절하는 나노구조체가 된다. 두 물질 사이 간격을 1㎚ 이하로 줄이면 광전류가 증가해 태양전지 나노소재로 쓸 수 있다.
주 교수는 “전도성 원자힘 현미경을 이용해 측정한 결과 나노구조체에서 광전류 증가를 관찰했다”며 “광전자 소자로 응용할 수 있는 가능성을 보여줬다”고 말했다.
나노 물성을 조절해 다양한 성질의 나노구조체를 만드는 것이 실용화 과제로 제시됐다. 주 교수는 실용화까지 남은 시간을 3~5년으로 내다봤다.
이번 연구는 미래창조과학부 중견연구자지원사업으로 수행됐고 네이처출판그룹(NPG)이 발행하는 신소재 분야 국제학술지 ‘NPG 아시아 머티리얼스’ 6일자 온라인판에 실렸다.
송준영기자 songjy@etnews.com