한국연구재단은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구)의 지원을 받은 김동하 교수(이화여대)·에드워드 사전트 교수(캐나다 토론토대) 공동연구팀이 페로브스카이트¹⁾ 신소재로 밝은 빛을 내는 LED 기술을 개발했다고 밝혔다. 

1) 페로브스카이트(Perovskite): 천연광물인 칼슘티타늄옥사이드(CaTiO₃)와 같은 결정 구조를 갖고 있는 유기-무기-할로겐(AMX3) 유형의 화합물 
 
기존의 3차원 구조 하이브리드 페로브스카이트²⁾는 빛을 잘 흡수하고 전하 운반능력이 뛰어나 전기적 성질이 우수한 반면 형광효율³⁾이 낮다. 이러한 특징으로 인하여 최근 페로브스카이트 태양전지에 관련된 연구가 활발히 진행되고 있는 반면 LED 응용에 관련된 연구결과 들은 많이 보고가 되지 않았다. 하지만 페로브스카이트 LED는 일반 LED 와 OLED에 사용되는 소재보다 저렴하고, 높은 색순도를 가지고 있어 많은 연구가 진행 중이다. 

2) 하이브리드 페로브스카이트: 기존에 알려진 페로브스카이트는 무기화합물로만 구성이 된 반면에 하이브리트 페로브스카이트는 유기-무기-할로겐화합물로 구성
3) 형광효율: 발광에 있어서 흡수된 자극 에너지가 유효한 발광이 되는 비율을 나타내는 양.  형광효율= 발광의 양자수/흡수된 자극광의 양자수

연구팀은 형광 효율이 낮은 페로브스카이트 단점을 차원 제어 공정⁴⁾ 개발을 통해 엑시톤⁵⁾ 결합에너지 제어, 박막 내 페로브스카이트 결정 사이에서의 에너지 전달을 효과적으로 제어함으로써 형광효율을 높였다.  

4) 차원 제어 공정: 기존 흔히 태양전지에 사용해왔던 페로브스카이트 소재의 단위격자는 3차원 구조로 되어있음. 3차원 구조를 유지하기 위해 단위격자에 포함된 메틸암모니움 양이온을 크기가 비교적 큰 페닐에틸암모니움 양이온으로 대체를 하면서 페로브스카이트 단위격자가 3차원으로 유지하기 힘들고 2차원적인 층상구조로 결합이 이루어짐. 이를 화학양론적으로 조절하여 층상구조의 구체적인 층수를 제어 함으로써 차원 제어 페로브스카이트를 제조함 
5) 엑시톤: 절연체나 반도체에 있어서 전도대 (conduction band)에 여기 (勵起)된 전자 電子)와 가전자대 (valence band)에 남아 있는 정공이 쿨롱 인력으로 결합해 1쌍이 되어 있는 중성의 준입자(準粒子)를 형성한 것

연구결과, 빛의 밝음을 나타내는 척도인 광휘(radiance)⁶⁾는 80Wsr(스테라디안)-1m-2에 달하고, 전기에너지를 빛에너지로 바꾸는 소자의 발광 효율은 8.8%로 나타났다. 연구팀은 이 밝기는 현재까지 전 세계적으로 보고된 페로브스카이트 기반 LED 중에서 가장 우수하며, 자외선에서 가시광선 영역 대에서의 파랑, 초록 등 다양한 색상의 빛을 내는 LED도 개발할 수 있는 가능성을 열었다고 설명했다. 

6) 광휘: 특정한 면적을 복사하고 있는 광원의 강도를 측정할 때 광원의 미소 면에서 관측방향의 미소 입체각 내에 복사되는 강도의 그 면과 그 방향에 대한 정사영 면적당의 양 

김동하 교수는“이 연구성과는 페로브스카이트를 제어해 LED에 적용한 최초의 연구를 보고한 것으로 향후 전자, 의료, 통신기기 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 연구의 의의를 설명했다.