전북대 연구진이 잉크젯 프린팅 기반 차세대 광전소자 기술 경쟁력을 입증했다.

전북대학교는 5일 전주에서 유연인쇄전자전문대학원 강재욱 교수 연구팀이 잉크젯 프린팅 공정 기술을 통해 차세대 디스플레이 발광소자와 태양전지 분야에서 대면적 균일 박막 제조와 친환경 공정 확장성을 동시에 입증했다고 밝혔다.

강재욱 교수 연구팀은 “친환경 용매 설계와 계면 공학을 결합한 잉크젯 프린팅 기반 고성능 유기발광소자를 구현해 상온과 대기 조건에서도 전 공정을 인쇄 방식으로 구현했다”고 설명했다.

이번 연구는 부산대학교 진성호 교수팀과의 공동연구를 통해 수행됐으며 비염소계 친환경 용매와 자기조립 단분자막 계면 공학을 적용해 인쇄 공정의 한계로 지적돼 온 박막 불균일 문제를 해결한 것이 핵심이다. 연구팀은 커피링 현상을 억제하는 이원 용매 시스템과 이중 계면 처리를 통해 박막 균일도를 크게 향상시켰고 그 결과 대기 공정 잉크젯 인쇄 방식의 유기발광소자에서 외부양자효율 16.8%를 달성했다. 해당 성과는 국제 저명 학술지 Materials Today에 게재됐다.

연구 성과는 태양전지 분야로도 확장됐다. 강 교수팀은 한전 전력연구원 김도형 박사팀과의 공동연구를 통해 동일한 잉크젯 프린팅 공정 플랫폼을 대면적 페로브스카이트 태양전지에 적용해 박막 균일도를 높이고 모듈 수준의 성능을 확보했다. 이 연구 결과는 Advanced Functional Materials에 연이어 실리며 기술적 완성도를 인정받았다.

또한 인하대학교 이정환 교수팀과의 공동연구에서는 페로브스카이트 나노결정 기반 발광다이오드의 광추출 한계를 극복하는 새로운 리간드 교환 전략을 제시했다. 이중기능성 리간드를 활용해 발광층의 전이쌍극자모멘트 정렬을 개선함으로써 광추출 효율을 크게 높였고 최대 외부양자효율 22.63%를 구현했다. 해당 연구는 Advanced Materials에 게재됐다.

이번 연구는 디스플레이와 태양전지의 핵심 요소인 정밀 패터닝과 대면적 균일화, 친환경 용매 기반 공정을 하나의 잉크젯 프린팅 공정 플랫폼으로 통합했다는 점에서 의미가 크다. 연구팀은 국내에서 드물게 공정 기술을 중심으로 소재와 계면, 잉크, 장비 조건을 통합 최적화하는 연구 역량을 축적해 왔다고 설명했다.

강재욱 교수는 “잉크젯 프린팅은 친환경성과 저비용, 무접촉 대면적 제조가 가능한 차세대 핵심 공정 기술”이라며 “국내에서 잉크젯 기반 광전소자 제조 공정을 체계적으로 연구해 왔고 한전 전력연구원과의 협력을 통해 실용화 가능성을 한층 높였다”고 말했다./장병운 기자
 

JB헤럴드 관리자 기자 |