Organic Nanomaterials Lab.

중앙대 융합공학부 장웅식 (제 1저자) 박사후 연구원, 성균관대 나노공학과 전일 교수 및 중앙대 융합공학부 왕동환 교수 모습

최근 무기 감광소재를 대체할 수 있는 차세대 감광소재로 페로브스카이트 소재가 각광 받고 있다. 하지만 주로 활용되고 있는 페로브스카이트 조성은 납을 포함하고 있어, 유해성으로 인한 이슈로 상용화에 어려움이 있다. 많은 연구진들이 납을 대체하기 위해 다양한 소재를 활용해 비납계 페로브스카이트 박막을 형성하고자 하였으나, 주석 기반 비납계 전구체의 안정성 이슈로 기존 소재보다 높은 성능을 기대하기 어려운 실정이었다.

공동연구팀은 주석 기반 비납계 페로브스카이트 박막을 안정적으로 형성 가능한 공정을 도입함과 동시에 안정성 향상을 위한 Passivation 기술을 통해, 포토디텍터를 구현하는 데 성공했다. 납계 페로브스카이트 소재와 달리 주석 소재의 강한 결합 에너지로 양이온 및 음이온의 이동을 억제함으로써 내부의 interfacial dipole 형성을 최소화하여 전자 및 정공의 주입 장벽을 효과적으로 형성하였다. 이를 통해 역방향 바이어스에 의한 주입 전류를 차단함으로써 –0.1 V 기준 약 16배 향상된 암전류 감소 효과를 나타냈다. 해당 연구로 개발된 비납계 페로브스카이트 포토디텍터는 8.29×1011 Jones의 성능과 51.12 dB의 Signal-to-noise ratio를 나타냄과 동시에 7.8 μs의 빠른 반응속도와 763 kHz의 cut-off frequency를 보여, 우수한 감광능력과 빠른 속도를 갖춘 우수한 기술임을 검증하였다.

중앙대학교는 융합공학부 왕동환 교수와 장웅식 박사후 연구원(제1저자)이 부산대학교 전일 교수팀과 공동으로 발표한 논문 ‘비납계 페로브스카이트 기반 포토디텍터의 효과적인 암전류 억제 및 광검출 향상 (Prevention of Noise Current Generation in Tin-Based

Lead-Free Perovskites for Highly Sensitive Photodetection)’에 관한 연구 성과가 재료 분야의 권위 있는 학술지 <Advanced Functional Materials> (2021년 인용지수, Impact factor = 19.924, JCR 분야 상위 5%)의 9월 15일 온라인 게재되었으며, 최신호의 표지 논문 (Front Cover)으로 선정됐다고 밝혔다.

Advanced Functional Materials 논문 Front Cover Image

연구팀은 “이번 연구는 기존 연구와 달리 납계 페로브스카이트보다 암전류 억제와 반응속도 향상을 동시에 이끈 비납계 페로브스카이트의 주입 장벽 효과를 심도 있는 분석을 통해 증명함으로써 이미지 센서의 핵심 구조인 포토디텍터 발전과 더불어 친환경 감광소재 개발에 이바지할 수 있는 계기가 됐다”면서 “이번 결과를 토대로 비납계 페로브스카이트 소재를 개발해 상용화가 가능한 이미지센서 연구를 개발하기 위해 노력할 계획”이라고 말했다.

# 문의 : 중앙대 왕동환 교수 TEL: 02-820-5074 / Website: http://onml.cau.ac.kr