[뉴스웍스=문병도 기자] 이태우 서울대 재료공학부 교수와 미국 드렉셀대 유리 고고트시 교수 공동 연구팀이 2차원 맥신 소재를 투명 전극으로 적용한 최초의 고효율 발광 소자를 개발했다.

맥신은 2011년 고고트시 교수 연구팀에서 개발한 평판 구조의 새로운 나노 재료로, 금속 탄화물·질화물 2차원 결정 물질이다.

전기 전도성이 우수하고 용액 공정으로 박막을 쉽게 형성할 수 있어 다양한 전자소자 분야 특히, 전기 화학적 에너지 전환 또는 저장 장치 그리고 센서 등의 분야에서 적극적으로 연구되고 있다.

전기 전도성이 높고 친수성 표면을 갖는 맥신이 유연 발광 소자의 이상적인 투명 전극이 될 수 있다고 판단한 이 교수팀은 유리 고고트시 교수팀과의 공동 연구를 통해 높은 전도도와 높은 일함수를 갖는 투명 전극을 개발했다.

연구팀은 맥신 박막을 용액 공정으로 형성한 후 저온 진공 처리를 하여 맥신 표면에 존재하는 작용기의 비율을 조절했으며 이를 통해 맥신의 일함수를 향상시켰음을 밝힌 것이다.

맥신의 높은 일함수는 기존의 투명 전극 보다 효율적으로 정공을 주입할 수 있도록 했다.

뿐만 아니라, 맥신이 상부에 적용되는 기존 정공주입층에 의해 박리되거나 산화될 수 있음을 발견하여, 산도가 낮고 빠르게 기화되는 새로운 정공주입층을 개발하여 적용했다.

연구에서는 표면 및 계면 개질을 통해 형성된 맥신 투명 전극을 사용하여 해당구조에서 이론적으로 계산된 최고치의 효율을 달성한 것이다.

기존의 투명 전극을 사용한 유기발광다이오드의 효율과 견주어도 뒤지지 않는 수준의 높은 발광 효율을 달성했다. 나아가, 맥신 투명 전극을 적용하여 높은 굽힘 횟수에도 안정적으로 작동하는 유연 발광 소자를 구현했다.

이태우 교수는 “맥신의 표면 및 계면 개질을 통해 우수한 전기적, 전자적 특성을 갖는 투명 전극을 적용한 최초의 고효율 발광 소자와 유연 발광 소자를 개발했다”며 “본 연구가 맥신의 다양한 광전자 소자로의 응용에 가이드라인이 될 뿐만 아니라 유연 인쇄전자소자 상용화에 기여할 것으로 기대된다”라고 말했다. 

이번 연구 성과는 그 중요성을 인정받아 세계적으로 저명한 국제학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼스’에 지난달 30일자 온라인 게재됐다.