우리대학 물리학과 류승윤 교수와 이창민 박사, 이현재 박사과정생이 차세대 광전소자 분석을 위한 오페란도 광전기적 분석법을 연구 결과로 제시했다. 이번 연구는 고려대 신소재화학과 김철훈 교수 연구팀, 고려대 전기전자공학부 이재우 교수팀과 함께했다.
연구팀은 오페란도 광전기적 분석법을 통해 광전소자 결함 원인 측정의 신뢰성을 높일 수 있을 것이라는 연구 결과를 제시했다. 이때 “오페란도(Operando)”란 ‘동작하는’이라는 의미의 라틴어 Operatio를 어원으로 한다. 실제 소자가 작동하는 환경에서 실시간으로 소자의 특성을 파악할 수 있는 분석법이다. 딥러닝을 활용한 기존의 광전소자 결함 원인 분석법은 제한된 입력 변수로 인해 신뢰성이 떨어지는 문제가 있었다. 연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 실제 소자가 작동하는 환경에서 광학적·전기적 변수를 동시 검출하고 이를 통해 입력 변수를 고도화하고자 했다.
연구팀은 기존의 전기발광으로는 검출이 쉽지 않은 소자 계면에서 발생하는 기생 엑시톤(Parasite exciton) 발광 과정을 시간-분해 광발광 측정으로 확인했다. 이는 외부 전원·레이저 광원을 동시 이용한 측정법이다. 연구팀은 또한 분광 분석법을 자체 개발해 그 양을 정량화하는 데에도 성공했다. 해당 분석법은 많은 시간과 비용이 소모되는 기존의 광전소자 특성 평가보다 효율적이다. 소자가 실제 동작하는 환경 아래서 실시간으로 특성을 평가하기 때문에 조기에 결함 원인을 도출할 수 있기 때문이다.
별도의 전기적 분석을 통해 연구팀은 오페란도 분석법의 효용성을 검증했다. 기존 연구에서 발견할 수 없었던 유기발광소자의 여러 결함들을 추출했고 기존에 정립된 이론을 정량적 수치로 제시했다. 연구팀이 제시한 분석법은 적절한 개선을 거쳐 태양전지나 배터리 결합 분석으로까지 확장할 수 있을 것으로 보인다.
류승윤 교수는 “광전소자는 QD-LED와 Micro-LED가 나오며 꾸준히 발전되는 가운데 분석법은 기존 분석법을 활용하고 있어 조금 더 정확하고 신속한 분석법이 없을까 고민하던 중 광학 분야 전문가이신 김철훈 교수님을 만나 본 분석법을 개발할 수 있었다.”라며 오페란도 분석법을 개발하게 된 동기를 밝혔다.
해당 연구는 지난 4월 1일, 소재·물리화학 분야 국제 학술지 'Cell Reports Physical Science (IF=8.9)'에 온라인 게재됐다. 연구 제목은 “Operando Analysis for Understanding the Parasite Exciton Dynamics in Blue Phosphorescent OLEDs using Electrically Pumped Spectroscopy”이다.