이 연구실은 페로브스카이트 소재를 기반으로 한 차세대 발광다이오드의 성능 향상에 집중하고 있다. 특히 초고휘도, 고효율, 장수명을 동시에 달성하는 페로브스카이트 LED 구현을 핵심 목표로 삼으며, 적색부터 근적외선 영역까지 다양한 파장대에서 안정적인 발광 특성을 확보하는 방향으로 연구를 전개한다. 최근 관련 논문들이 Nature에 연속적으로 발표된 점은 이 연구실이 해당 분야에서 세계적 수준의 경쟁력을 보유하고 있음을 보여준다. 연구의 핵심은 페로브스카이트 결정 구조와 박막 형성 메커니즘을 정밀하게 제어하여 비방사 재결합을 줄이고, 전하 주입 및 수송의 균형을 최적화하는 데 있다. 이를 위해 나노결정 합성, 박막 공정, 결정상 안정화, 계면 패시베이션, 소자 구조 설계 등 재료와 소자 양 측면의 통합적 접근이 활용된다. 특히 적색 발광 소자에서는 팔면체 구조 안정화를 통해 발광 특성과 구조적 안정성을 동시에 개선하고, 근적외선 소자에서는 높은 복사 효율과 지속 동작 안정성을 확보하는 것이 중요한 연구 축을 이룬다. 이러한 연구는 디스플레이, 광통신, 바이오 이미징, 차세대 조명 등 다양한 응용 분야로 확장 가능하다. 기존 유기발광다이오드나 III-V족 반도체 기반 광원과 비교할 때, 페로브스카이트 LED는 저온 용액공정과 높은 색순도, 우수한 파장 조절성을 제공할 잠재력이 크다. 따라서 이 연구실의 성과는 고성능 광전자 소자의 학문적 진보뿐 아니라, 차세대 저비용·고성능 광원 산업의 실용화 기반을 마련하는 데도 중요한 의미를 가진다.

이 연구실은 콜로이달 양자점의 광물리 특성 제어를 통해 차세대 전계발광 양자광원을 개발하는 연구를 수행하고 있다. 양자점은 크기와 조성에 따라 밴드갭과 발광 파장을 정밀하게 조절할 수 있어, 단일광자원, 고색순도 광원, 저전력 발광소자 등 미래 광소자 기술의 핵심 재료로 주목받고 있다. 연구실은 이러한 나노소재의 장점을 극대화하여 고성능 양자광원으로 연결하는 데 초점을 맞추고 있다. 주요 접근법은 양자점 내부의 여기자 생성과 재결합, 표면 결함, 에너지 전달, 전하 주입 거동 등 광물리 메커니즘을 체계적으로 분석하고 이를 소자 설계에 반영하는 것이다. 특히 전계발광 환경에서 발생하는 효율 저하 원인과 열화 요인을 규명하고, 표면 리간드 제어, 코어-쉘 구조 설계, 계면 엔지니어링을 통해 발광 안정성과 효율을 향상시키는 전략이 중요하다. 이를 통해 기존 발광소자의 한계를 넘어서는 정밀 제어형 양자 광원 플랫폼을 구축하려는 방향성이 뚜렷하다. 이 연구는 양자정보기술, 초고해상도 디스플레이, 광센서, 집적 광회로 등 다양한 첨단 분야와 연결될 수 있다. 특히 전기적으로 구동되는 양자광원의 개발은 실험실 수준의 광학 시스템을 넘어 실제 소자와 시스템으로의 통합을 가능하게 한다는 점에서 의미가 크다. 따라서 이 연구실의 양자점 기반 연구는 나노소재 과학, 광전자공학, 양자소자 기술을 융합하는 미래지향적 연구 주제로 평가할 수 있다.

이 연구실은 나노박막 반도체를 활용한 차세대 전계발광 레이저 다이오드 개발에도 주력하고 있다. LED를 넘어 레이저 다이오드는 더 높은 광집속도와 빠른 변조 특성을 제공하므로, 차세대 광통신, 디스플레이, 정밀 센싱, 집적 광전자 시스템에서 핵심 부품이 된다. 연구실은 페로브스카이트와 같은 신흥 반도체 재료가 강한 광증폭 특성과 우수한 파장 조절성을 보인다는 점에 주목하여, 이를 실제 레이저 소자로 연결하는 연구를 전개하고 있다. 핵심 연구 내용은 광이득 형성, 여기자 및 전하 캐리어 동역학, 결함 유래 비복사 손실 억제, 공진기 구조 설계 등이다. 나노박막 반도체에서 레이저 발진이 안정적으로 나타나기 위해서는 높은 결정 품질과 정교한 계면 제어가 필수적이므로, 소재 합성부터 박막 제작, 광학 특성 분석, 소자 아키텍처 설계까지 전주기적 연구가 필요하다. 특히 고밀도 광여기 또는 전기주입 조건에서의 발광 증폭 메커니즘을 규명하는 일은 레이저 다이오드의 임계전류 감소와 동작 안정성 향상에 직접 연결된다. 이러한 연구는 기존 III-V족 기반 레이저 기술을 보완하거나 대체할 수 있는 새로운 경로를 제시한다. 만약 용액공정 기반 또는 저비용 박막 공정으로 고성능 레이저 소자를 구현할 수 있다면, 대면적 제조와 유연 소자 적용 가능성도 크게 확장된다. 따라서 이 연구 주제는 재료 혁신과 광전자 소자 혁신이 만나는 영역으로서, 미래 반도체 광원 기술의 핵심 기반을 형성한다.

이 연구실은 발광소자 연구뿐 아니라 페로브스카이트 태양전지, 특히 실리콘과 결합한 탠덤 태양전지의 안정성 향상 연구도 수행하고 있다. 페로브스카이트/실리콘 탠덤 구조는 단일 접합 태양전지의 효율 한계를 넘어설 수 있는 유력한 차세대 태양전지 플랫폼으로 평가받지만, 실제 상용화를 위해서는 장기 안정성과 옥외 환경 신뢰성 확보가 필수적이다. 연구실은 이러한 문제를 해결하기 위해 열화 원인을 정밀 분석하고 개선 전략을 제시하는 데 초점을 맞추고 있다. 주요 연구 내용에는 상부셀용 페로브스카이트의 밴드갭 제어, 고품질 박막 형성, 내부 결함 억제, 층간 패시베이션, 봉지 기술 개발 등이 포함된다. 특히 습식 공정 기반 페로브스카이트 층은 수분, 산소, 열, 광 조사, 전기장 등의 외부 자극에 민감하므로, 재료 및 계면 수준에서의 열화 메커니즘 규명이 중요하다. 연구실은 실험적 특성 분석과 소자 성능 추적을 통해 준안정성 확보 방안을 도출하고, 옥외 노출 환경에서도 효율을 유지할 수 있는 구조적 해법을 탐색한다. 이 연구는 고효율 태양전지의 실용화를 앞당기고, 재생에너지 확대에 기여할 수 있다는 점에서 산업적·사회적 중요성이 크다. 특히 태양광 발전 시스템에서는 초기 효율뿐 아니라 수년간의 안정적인 출력 유지가 핵심이므로, 열화 메커니즘 이해와 안정화 기술은 상용화의 관문이라 할 수 있다. 따라서 이 연구실의 탠덤 태양전지 연구는 광전자 재료에 대한 기초 이해를 바탕으로 에너지 소자 응용까지 확장되는 대표적인 융합 연구 영역이다.