국민대학교(총장 정승렬) 화학과 김영훈 교수 연구실의 김재혁 산학협력단 연구원(2027년 1학기 일반대학원 화학과 박사과정 입학 예정)이 최근 열린 ‘2026 대한금속재료학회 추계학술대회’에서 연구의 독창성과 우수성을 인정받아 ‘포스터 발표 우수상’을 수상했다.

김재혁 연구원은 콜로이드에너지나노소재 연구실 소속으로, 이번 학술대회에서 ‘전구체 확산 제어 기반 단분산 페로브스카이트 양자점 대량 합성 및 고성능 태양전지·LED 구현’을 주제로 연구 성과를 발표했다.

페로브스카이트 양자점은 뛰어난 색 순도와 높은 광흡수 계수 등 우수한 광학적 특성 덕분에 차세대 광전소자 핵심 소재로 꼽힌다. 그러나 균일한 품질의 대량생산이 까다로워 상용화에 한계가 있었다. 김재혁 연구원은 반응기 내 전구체의 확산 속도를 조절해 핵 생성을 정밀하게 제어하는 기술을 고안, 고품질 양자점을 균일하게 대량 합성하는 데 성공했다. 이를 태양전지에 실증한 성과는 지난 7월 에너지 분야 국제 학술지 ‘ACS Energy Letters (IF=17.5, JCR 상위 5.7%)’에 게재되며 학계의 큰 주목을 받았다.

김영훈 교수 연구팀은 기존 태양전지 구현 성과에 머무르지 않고, 대량 합성된 양자점을 활용해 ‘고색순도·고효율 대면적 적색 LED’ 구현으로 연구 영역을 확장했다. 고효율 LED를 산업적으로 상용화하려면 양자점의 광학적 우수성뿐만 아니라, 표면 처리를 거쳐 전기 전도성을 확보한 잉크를 대량 제조하는 공정이 필수적이다.

연구팀은 별도의 복잡한 후처리 없이 소자에 즉시 적용할 수 있는 ‘소자 일체형 잉크(Device-ready ink)’를 개발해 상용화 난제를 해결했다. 특히 대량 제조 공정에서도 실험실 소형 기준 소자의 최대 외부양자효율(EQE) 18.07% 대비 90% 이상 수준인 16.32%를 유지하는 성과를 냈다. 나아가 해당 잉크를 기반으로 기존 소자(13 mm2)의 약 6배에 달하는 80 mm2 대면적 LED에서도 16.27%의 높은 EQE를 안정적으로 구현했다. 

이번 연구성과는 향후 페로브스카이트 양자점 합성 기술의 범용성을 입증하고 태양전지뿐만 아니라 차세대 디스플레이·LED 산업 전반으로의 확장 가능성을 크게 열 수 있는 원천기술이 될 것으로 기대된다.