국내 연구진에 의해 완전 투명 광전소자가 세계 최초로 개발됐다.  김준동 인천대 교수연구팀(김준동 교수, 말케쉬쿠마 파텔 박사, 김홍식 선임연구원)은 불투명한 금속전극의 사용이 없는 산화물 반도체 기반의 완전 투명 광전소자 개발 기술을 독일의 과학 전문지인 ‘Advanced Electronic Materials’ (Wiley 그룹) 최근호에 발표했다.  김준동 연구팀은 고성능 p-type 산화물 반도체인 NiO의 구조 특성을 이용해여 반응 속도와 민감도가 탁월하고 금속 전극의 사용이 필요 없는 신개념의 기술을 개발했다.  이번 기술은 피부암과 눈병을 일으키는 자외선에 대한 효과적 제어 기술인 동시에 에너지의 활용 방안을 제시한 결과로 투명한 태양전지 개발과 스마트 윈도우 등 인간의 실생활에 매우 밀접하게 적용될 것으로 보인다.  인천대는 이번 투명 광전소자의 중점기술에 대해 삼극특허 (미국, 일본, 유럽 특허청 등에 출원)를 준비하고 있으며, 인천대 융합기술원의 대표사업화 기술로 성장시킬 계획이다. kapsoo@fnnews.com 한갑수 기자

효율을 높이면서 발전(發電)과 발광(發光)이 모두 가능한 '페로브스카이트(perovskite) 광전소자' 제조법이 울산지역의 대학 공동연구팀에 의해 개발돼 태양빛을 받아 전기를 만드는 '태양전지'가 거꾸로 '빛(LED)'을 내는 일이 가능해진다. 11일 울산과학기술대학(UNIST,총장 조무제)에 따르면 신소재공학부의 송명훈·최경진 교수와 울산대 물리학과 조신욱 교수 공동 연구진이 '고효율 페로브스카이트 광전소자' 제조 기술을 개발해 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Matirials)'지난 5일자 온라인 판에 게재했다. 이 논문은 표지 논문으로도 선정돼 다음 달 출판될 저널을 장식할 예정이다. 페로브스카이트는 원소들이 모여 만드는 결정 구조의 일종으로 원소 조합에 따라 다양한 특성을 살릴 수 있어 관련 연구가 활발하다. 특히 유기물과 무기물을 혼합해 만든 페로브스카이트 광전소자는 차세대 광전소자로 각광받아 태양전지뿐 아니라 전기를 빛으로 바꾸는 발광소자로도 적용 가능해서다. 또 값싼 무기물과 유기물을 활용해 생산단가가 낮은데다 용액으로 만들어 넓은 면적으로도 제작 가능한 장점도 있다. 고효율 페로브스카이트 광전소자의 구조 하지만 기존 페로브스카이트 광전소자는 안정성에 비해 효율성이 낮아 금·은 등의 금속을 전극으로 활용해 안정적이지만, 전극 사이에 존재하는 에너지 장벽 때문에 전자가 쉽게 이동하지 못했던 것이다. 이 소자에 들어가는 물질은 용액공정으로 막을 형성하기 때문에 결함이 많이 생긴다. 연구진은 전자가 이동하는 통로(전자 주입·수송층)에 '극성용매' 처리를 해 전자 흐름을 원활하게 만들었다. 극성용매는 분자 내부에 전기적 성격을 띠는 입자를 고정적으로 가진 액체로 전하들이 이 소자를 이루는 각 물질의 결함을 보완해줘 전자 흐름을 돕도록 한 것이다. 연구진은 극성용매로 '에탄올아민'을 선택해 이산화티타늄 위에 떨어뜨린 뒤 회전시켜 코팅했다. 그 결과 이산화티타늄의 결함이 보완됐고 에너지 장벽이 줄어 전자 흐름이 좋아졌다. 발광소자로 활용할 때 휘도(luminance, 빛의 단위 면적당 밝기 정도)는 기존보다 5배 향상됐고, 태양전지 효율도 기존보다 30% 향상된 16.3%을 기록했다. 이번 연구는 값비싼 합성물질이 아니라 에탄올이나 메탄올처럼 흔히 사용되는 극성용매 처리로 페로브스카이트 광전소자의 효율을 높였다는 점에서 주목받았다. 페로브스카이트 박막 형태에 따른 발광 모습 차이를 광학현미경으로 실시간 분석한 것도 세계 최초로 시도된 일이다. 또 페로브스카이트 구조의 태양전지뿐 아니라 LED처럼 빛이 나는 소자에도 적용할 수 있다는 사실도 증명했다. 제1저자로 이번 연구를 진행한 유재철 UNIST 신소재공학부 석·박사통합과정 연구원은 "에탄올아민 같은 극성용매로 처리한 이산화티타늄 위에서만 균일한 페로브스카이트 박막이 만들어졌고, 페로브스카이트 광전소자의 효율도 향상됐다"며 "하나의 소자로 전기를 만들거나 빛을 내는 것도 가능하게 되어 쓰임새가 다양할 것"이라고 설명했다. 송명훈 교수는 "극성용매 처리라는 간단한 공정을 통해 페로브스카이트 광전소자의 효율을 극대화시켰다는 점에서 큰 의미가 있다"며 "이번 연구가 페로브스카이트 광전소자 상용화에 큰 도움이 될 것"이라고 내다봤다. 송 교수는 유기물 태양전지에도 극성용매 처리를 시도해 발전효율을 높이는 결과를 얻었다. 이 연구결과 역시 같은 저널에 7일자 온라인 판에 'High-Performance Planar Perovskite Optoelectronics Devices: A Morphological and Interfacial Control by Polar Solvent Treatment'란 논문명으로 실렸다. kky060@fnnews.com 김기열 기자

【 인천=한갑수 기자】입체형 나노구조를 이용한 초고성능 광전소자의 원천기술이 국내 기술진에 의해 개발됐다. 인천대 전기공학과 김준동 교수(사진)팀은 태양전지·LED·광센서 등의 광전소자(빛과 전기의 에너지 교환장치)에 적용해 성능을 획기적으로 개선시킬 수 있는 원천기술을 개발했다. 이번 입체형 투명구조 광전소자 기술은 향후 고효율 태양전지에의 적용뿐 아니라 LED, 디스플레이, 조명기기 등의 광전소자 분야에 폭넓게 이용될 원천기술이다. 이 기술은 투명전극 물질을 입체형 나노구조체로 제작해 광전소자의 전기적 전도성과 빛에 대한 투과성을 효과적으로 개선했다. 입체형 나노구조 광전소자는 빛에 대한 동작성이 5000배 이상으로 기존의 수십 배 정도인 것을 감안하면 성능이 크게 개선 된 것이다. 특히 이번 연구의 이종접합 구조는 불순물 주입 단계인 도핑공정이 없어서 제작비용을 크게 낮출 수 있고 빛과 전기의 에너지 변환효율이 매우 높은 실용기술이다. 이번에 개발된 초고성능 나노구조 광전소자는 인천대 김준동 교수팀을 비롯해 뉴욕주립 버팔로대학교 윤주형 박사팀, 한국나노기술원 박형호 박사팀의 연계를 통한 다제간 협업으로 이뤄냈다. 이 기술은 현재 국내외 특허 출원이 진행 중이며 이번 연구의 결과는 최근 미국의 유명 저널(Applied Physics Letters) 10월호에 발표됐다. 김준동 교수는 "이번 기술은 고유한 국내기술이며, 세계적으로 보고된 결과를 크게 앞지르는 독창적인 선두 기술로서의 의미가 크다"고 말했다. kapsoo@fnnews.com

 한국전자통신연구원(ETRI)은 지난 8일(현지시간) 러시아 상트페테르부르크 Ioffe 연구소 회의실에서 GaN 반도체로 대표되는 화합물 반도체 기반 ‘통신 소자 및 전력 소자 기술’과 차세대 조명 광원으로 떠오르는 ‘LED 및 광전소자 기술’의 상호협력 연구를 위한 MOU를 체결했다고 11일 밝혔다.  GaN 반도체는 고전압 작동이 가능해 실리콘 전력반도체보다 전력 손실을 5분의1 이하로 줄일 수 있으며 고속동작 특성이 뛰어나 스위칭 손실을 100분의1 이하로 줄일수 있는 물질이다.  ETRI는 현재 GaAs, InP 및 GaN을 기반으로 하는 화합물 반도체 일괄 공정라인을 구축하고 MMIC칩 및 무선통신 부품 설계?제작 기술을 보유하고 있으며 GaN 기반 차세대 LED 연구를 진행중에 있다.  ETRI가 Ioffe와 이날 체결한 세부협력 분야는 촔GaN전력소자 개발 촔조명용 LED소자 개발 촔자외선 LED소자 개발 촔EU FP7/EUREKA 공동제안 협력 등이다.  ETRI 융합부품소재연구부문 박형무 소장은 “ETRI의 화합물 반도체 소자 및 응용기술과 Ioffe 연구소의 화합물 반도체 소재 원천기술의 상호 접목을 통해 차세대 전력 및 조명소자로 활용 가능한 화합물 반도체 부품?소재 원천기술 개발 및 상용화를 위한 교두보를 마련하게 됐다”고 말했다.  1918년에 설립된 Ioffe 연구소는 LED 및 반도체 레이저의 근간이 되는 이중이질접합반도체구조(semiconductor double heterostructure) 연구 개발로 2000년 노벨상을 수상한 알페로프(Alferov) 박사를 비롯해 5명의 노벨상 수상자를 배출한 러시아 최고의 핵심 연구기관이다. /kwkim@fnnews.com 김관웅기자

TG에너지가 한국전자통신연구원(ETRI)이 개발하여 보유하고 있는 하이브리드 염료감응형 광전변환소자 기술을 이전 받게 된다. TG에너지는 4일 관련계약을 체결하고 오는 2014년 12월 31일까지 5년간 ETRI로부터 관련기술전수지도를 제공받게 된다. 이번에 TG에너지가 기술이전을 받게 될 하이브리드 염료감응형 광전변환소자 기술은 금속기판에 구현되어 유비쿼터스 제품의 전원 소자카드, 플렉시블 디스플레이, 착복형 PC 등에 활용되는 전원소자 기술로 특히 초박형의 플렉시블한 필름형태의 태양 전지 제조 기술이다. ETRI로부터 이전 받게 될 기술이전의 범위로는 하이브리드 염료감응형 광전변환소자의 제작을 위한 금속기판의 표면처리와 코팅 방법 및 산화물 반도체 입자의 코팅방법, 상대전극의 제조 방법과 이를 결합하는 방법에 대한 기술 및 관련 특허의 실시권(2건) 등이다. TG에너지 관계자는 “이번 ETRI의 하이브리드 염료감응형 광전변환소자 기술의 이전으로 박막화, 경량화가 가능한 염료감응형태양전지 응용제품(유비쿼터스 단말용 전원, 휴대용 전자기기의 보조전원 등)의 상용화를 앞당기는데 크게 기여할 것이다”라고 이번 ETRI의 기술이전 의미를 전했다. 한편, 지난 11월 30일 TG에너지의 도포가능한 태양전지소재개발 관련 기술이 중소기업청 투자연계사업에 선정된 바 있다. /hit8129@fnnews.com노현섭기자

[파이낸셜뉴스] 과학기술정보통신부가 세계 과학기술을 이끌 최고의 연구자와 연구그룹을 각각 9명과 18곳을 선정, 25일 발표했다. 이번에 선정된 연구자와 연구그룹은 7년에서 최대 10년까지 총 4069억원을 지원 받게 됐다. 이를 통해 양자와 기후변화, 에너지, 유전자 등 다양한 분야에 장기 지원을 해 줌으로써 최고의 연구성과를 기대할 수 있게 됐다. 과기정통부 권현준 기초원천연구정책관은 "기초연구는 궁극적으로 국가경쟁력의 원천"이라며 "내년도 기초연구사업은 역대 최대 규모인 2조9400억원으로 편성할 계획으로 미래 세대 성장 지원에 최선을 다할 것"이라고 말했다. 과기정통부에 따르면, 글로벌 리더연구는 9명의 리더연구자에게 올해 50억원을 시작으로 총 616억원을 지원한다. 또 글로벌 선도연구센터는 14개 대학 18개 연구집단에 올해 321억원을 시작으로 총 3453억원을 지원할 예정이다. #OBJECT0#이번에 발표한 기초연구사업 선정결과를 살펴보면, 우선 글로벌 리더연구 중 자연과학 분야에서는 '고심도 광학 이미징 연구'의 고려대 최원식 교수, '딥러닝 기반 통합 모델 개발을 통한 기후 변화 연구'의 서울대 함유근 교수, '설계로 구현하는 비중심대칭 재료 물질'의 서강대 옥강민 교수가 선정됐다. 생명과학 분야에서는 '원형 RNA 연구'의 한국과학기술원(KAIST) 김윤기 교수, '레독스 후성 유전체-전사체 변형 연구단'의 고려대 지성욱 교수가 선정되었으며, 의약학의 경우 '자가면역성 관절염에서 키메라 림프구의 특성과 기능연구'의 가톨릭대 김완욱 교수가 뽑혔다. 공학 분야에서는 '태양에너지 및 폐열 활용을 위한 고발전량 근접장 열광전변환 모듈'의 KAIST 이봉재 교수, '인체공학적 전자소자용한계극복형 차세대 전도성 고분자 개발'의 KAIST 김범준 교수가, ICT·융합 분야에서는 '가상 3차원 공간 생물학'의 KAIST 박용근 교수가 선정됐다. #OBJECT1#또한, 이번에 선정된 글로벌 선도연구센터의 경우, 연간 50억원을 지원받는 혁신분야(IRC)에서는 3대 전략 분야에 4개의 센터가 뽑혔다. 첨단 바이오 분야에 광주과학기술원(GIST)의 'AI 기반 중대 분자 연구센터', 부산대의 '휴머노이드 후각디스플레이센터'가 선정됐으며, 차세대 통신 분야에 한양대의 '한양-MIT Beyond-G 혁신센터'와 양자 분야에 서울대의 '하이브리드 양자컴퓨팅 센터'가 선정됐다. 이와함께 KAIST '글로벌 생체융합 인터페이싱 소재 센터' 등 공학분야(ERC) 4개의 센터는 연 20억원을 지원받는다. 포항공대의 '양자 각운동량 동역학센터'를 비롯해 이학분야(SRC) 4개의 센터가 선정돼 연간 15억6000만원을 지원받게 됐다. 이와더불어, 성균관대 '환자맞춤형 면역항암치료 연구센터' 등 기초의과학 분야(MRC)의 4개 센터는 연 14억원을 지원 받는다. 연 15억원을 지원받는 지역혁신분야(RLRC)에는 제주대 '그린수소 글로컬 연구센터' 등 2개 센터가 뽑혔다. 이외에도 올해 724억원을 투입해 3인에서 4인의 소규모 공동연구를 지원하는 기초연구실도 145개 선정했다. 기초연구실은 각각 연 5억원 이내로 최대 3년간 지원한다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

대만·중국 디스플레이 업계가 '미래 디스플레이'로 급부상한 마이크로 발광다이오드(LED)에 대규모 투자를 집행하며 시장 선점에 나섰다. 마이크로 LED는 가상현실(VR)과 증강현실(AR), 웨어러블 기기 등으로 적용 범위가 확대될 것이란 전망이 나오며 차세대 디스플레이로 꼽히고 있다. 일찌감치 마이크로 LED 생태계를 구축한 대만과 중국 업체들과 달리 국내 업체들은 양산에 신중함을 보이면서 '미래 디스플레이' 주도권을 빼앗길 수 있다는 우려의 목소리가 커지고 있다. ■ 앞서가는 대만·中 '마이크로 LED'17일 업계에 따르면 양주시양 대만디스플레이산업연합협회(TUDA) 부이사장 겸 이노룩스 사장은 지난 4월 열린 '터치 타이완' 행사에서 라이칭더 행정부에 디스플레이 추가 지원을 요구한 것으로 알려졌다. 특히, 대만 기업이 강세를 보이는 마이크로 발광다이오드(LED) 영역에 전폭적인 지원을 주문한 것으로 전해졌다. 라이칭더 총통은 전임 차이잉원 총통 정부에서 행정원장(국무총리격)을 맡아 '대만 디스플레이 과학기술과 응용 행동 계획'을 집행하며 대만 디스플레이업계 역량 강화에 나선 바 있다. 대만 정부는 지난 2020년부터 올해까지 5년간 약 177억대만달러(약 7588억원)를 쏟아부어 마이크로 LED 산업체인을 구축에 나선 바 있다. 픽셀크기가 100마이크로미터(1㎛는100만 분의 1m) 이하인 마이크로 LED는 색구현, 명암비, 응답속도, 에너지 효율 등 측면에서 현재 시장을 주도하고 있는 액정표시장치(LCD)와 유기발광다이오드(OLED)를 능가하며, 기존의 디스플레이 시장판도를 뒤집을 '미래 디스플레이'로 꼽힌다. 현재 마이크로 LED 생태계는 중국·대만 기업의 강세가 돋보인다. 패널 제조사인 AUO와 이노룩스 등이 대만 마이크로 LED 생태계의 주축을 이루고 있다. 중국은 CSOT·삼안광전·BOE가 주요 마이크로 LED 생산 기업으로 꼽힌다. BOE는 LED 칩 제조 자회사인 HC세미텍과 협력해 중국 광둥성 주하이시 진완구에 마이크로 LED 신공장을 짓고 있다. 올해 3·4분기까지 양산 체제를 갖춘 후 12월 본격적인 제품 생산을 시작할 계획이다. 연간 기준 마이크로 LED 웨이퍼 5만8800장, 마이크로 LED 픽셀 소자 4만5000개를 해당 공장에서 생산할 예정이다. 대만의 AUO는 지난해 말 워치용 마이크로 LED 양산에 나섰다. 올해 하반기에서 내년 무렵 투명 마이크로 LED 도입 및 양산 추진에 나설 계획이다. 2026~2027년에는 차량용 마이크로 LED 양산에 나서며 마이크로 LED 시장 리더십 확보에 나섰다. ■ K디스플레이 '발등의 불'반면, 국내 디스플레이 업계는 양산에 신중한 입장이다. 아직 마이크로 LED 시장이 아직 제대로 개화되지 않아 상업성이 떨어진다고 보기 때문이다. 국내에선 삼성디스플레이와 LG디스플레이 가 마이크로 LED 관련 기술력을 보유하고 있다. 다만, 최근 기존 TV 외에도 AR, VR, 확장현실(XR) 등까지 마이크로 LED 시장이 확대될 것이란 전망이 나오면서 삼성전자와 LG전자 양사는 마이크로 LED 관련 제품을 선보이고 있다. 삼성전자는 최근 중국 상하이에서 TV 신제품 발표회를 열고 76·89·101·114형으로 구성된 2024년형 마이크로 LED TV를 공개했다. 최근엔 북미에 114인치 마이크로 LED를 출시했다. LG전자는 다양한 상업공간에서 편리하게 사용하는 마이크로 LED 'LG 매그니트' 라인업을 확대했다. 정부도 지원에 나섰다. 지난달 23일 국가연구개발사업평가 총괄위원회에서 '무기발광 디스플레이 기술개발 및 생태계 구축 사업'이 예비타당성 조사(예타)를 통과했다. 이에 따라 내년부터 2032년까지 국비 3479억원을 비롯해 총 4840억원이 투입된다. 마이크로 LED는 무기발광 디스플레이 기술 중 주요 기술 중 하나로 꼽힌다. 디스플레이업계 관계자는 "아무리 수익성이며 개화기 단계지만 현재 국내 마이크로 LED 생태계의 첫 단계인 LED 칩 제조 분야부터 국내 기업이 전무해 산업 체인이 매우 부실한 상황"이라며 "이대로라면 대만·중국 기업에 시장 주도권을 내줄 것"이라고 전망했다. rejune1112@fnnews.com 김준석 기자

#OBJECT0# [파이낸셜뉴스] 대만·중국 디스플레이 업계가 '미래 디스플레이'로 급부상한 마이크로 발광다이오드(LED)에 대규모 투자를 집행하며 시장 선점에 나섰다. 마이크로 LED는 가상현실(VR)과 증강현실(AR), 웨어러블 기기 등으로 적용 범위가 확대될 것이란 전망이 나오며 차세대 디스플레이로 꼽히고 있다. 일찌감치 마이크로 LED 생태계를 구축한 대만과 중국 업체들과 달리 국내 업체들은 양산에 신중함을 보이면서 '미래 디스플레이' 주도권을 빼앗길 수 있다는 우려의 목소리가 커지고 있다. 앞서가는 대만·中 '마이크로 LED' 17일 업계에 따르면 양주시양 대만디스플레이산업연합협회(TUDA) 부이사장 겸 이노룩스 사장은 지난 4월 열린 '터치 타이완' 행사에서 라이칭더 행정부에 디스플레이 추가 지원을 요구한 것으로 알려졌다. 특히, 대만 기업이 강세를 보이는 마이크로 발광다이오드(LED) 영역에 전폭적인 지원을 주문한 것으로 전해졌다.  라이칭더 총통은 전임 차이잉원 총통 정부에서 행정원장(국무총리격)을 맡아 '대만 디스플레이 과학기술과 응용 행동 계획'을 집행하며 대만 디스플레이업계 역량 강화에 나선 바 있다. 대만 정부는 지난 2020년부터 올해까지 5년간 약 177억대만달러(약 7588억원)를 쏟아부어 마이크로 LED 산업체인을 구축에 나선 바 있다. 픽셀크기가 100마이크로미터(1㎛는100만 분의 1m) 이하인 마이크로 LED는 색구현, 명암비, 응답속도, 에너지 효율 등 측면에서 현재 시장을 주도하고 있는 액정표시장치(LCD)와 유기발광다이오드(OLED)를 능가하며, 기존의 디스플레이 시장판도를 뒤집을 '미래 디스플레이'로 꼽힌다. 현재 마이크로 LED 생태계는 중국·대만 기업의 강세가 돋보인다. 패널 제조사인 AUO와 이노룩스 등이 대만 마이크로 LED 생태계의 주축을 이루고 있다. 중국은 CSOT·삼안광전·BOE가 주요 마이크로 LED 생산 기업으로 꼽힌다.  BOE는 LED 칩 제조 자회사인 HC세미텍과 협력해 중국 광둥성 주하이시 진완구에 마이크로 LED 신공장을 짓고 있다. 올해 3·4분기까지 양산 체제를 갖춘 후 12월 본격적인 제품 생산을 시작할 계획이다. 연간 기준 마이크로 LED 웨이퍼 5만8800장, 마이크로 LED 픽셀 소자 4만5000개를 해당 공장에서 생산할 예정이다.  대만의 AUO는 지난해 말 워치용 마이크로 LED 양산에 나섰다. 올해 하반기에서 내년 무렵 투명 마이크로 LED 도입 및 양산 추진에 나설 계획이다. 2026~2027년에는 차량용 마이크로 LED 양산에 나서며 마이크로 LED 시장 리더십 확보에 나섰다. K디스플레이 '발등의 불' 반면, 국내 디스플레이 업계는 양산에 신중한 입장이다. 아직 마이크로 LED 시장이 아직 제대로 개화되지 않아 상업성이 떨어진다고 보기 때문이다. 국내에선 삼성디스플레이와 LG디스플레이 가 마이크로 LED 관련 기술력을 보유하고 있다. 다만, 최근 기존 TV 외에도 AR, VR, 확장현실(XR) 등까지 마이크로 LED 시장이 확대될 것이란 전망이 나오면서 삼성전자와 LG전자 양사는 마이크로 LED 관련 제품을 선보이고 있다. 삼성전자는 최근 중국 상하이에서 TV 신제품 발표회를 열고 76·89·101·114형으로 구성된 2024년형 마이크로 LED TV를 공개했다. 최근엔 북미에 114인치 마이크로 LED를 출시했다. LG전자는 다양한 상업공간에서 편리하게 사용하는 마이크로 LED 'LG 매그니트' 라인업을 확대했다. 정부도 지원에 나섰다. 지난달 23일 국가연구개발사업평가 총괄위원회에서 '무기발광 디스플레이 기술개발 및 생태계 구축 사업'이 예비타당성 조사(예타)를 통과했다. 이에 따라 내년부터 2032년까지 국비 3479억원을 비롯해 총 4840억원이 투입된다. 마이크로 LED는 무기발광 디스플레이 기술 중 주요 기술 중 하나로 꼽힌다. 디스플레이업계 관계자는 "아무리 수익성이며 개화기 단계지만 현재 국내 마이크로 LED 생태계의 첫 단계인 LED 칩 제조 분야부터 국내 기업이 전무해 산업 체인이 매우 부실한 상황"이라며 "이대로라면 대만·중국 기업에 시장 주도권을 내줄 것"이라고 전망했다.   rejune1112@fnnews.com 김준석 기자

[파이낸셜뉴스] 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 최종민 교수팀이 장기간 열처리 방법 대신 찰나의 빛을 쪼여 '황화납 퀀텀닷' 태양전지의 성능과 내구성을 향상시키는 기술을 개발했다. 순간적으로 강한 에너지를 발생시키는 '펄스 형태'의 빛을 이용한 것이다. 이 기술로 만든 태양전지는 개방 전압을 0.63 V에서 0.66 V로 상승시켜 12.7% 효율에서 13.5%까지 효율이 향상됐다. 14일 DGIST에 따르면, 이 기술은 향후 황화납 퀀텀닷 태양전지 생산 및 상용화에 기여할 것으로 보인다. 또한 황화납 퀀텀닷 태양전지 뿐만아니라 퀀텀닷, 페로브스카이트, 유기물 등 광전소자 기반 반도체 물질에서 짧은 시간의 순간적 열처리가 요구되는 다양한 분야에 활용할 수 있다. 최근 차세대 태양전지 중 황화납 퀀텀닷에 대한 연구가 활발하게 연구되고 있다. 나노사이즈 반도체 물질로 자외선, 가시광선, 근적외선, 단파적외선 등 태양 빛의 파장대 중 다양한 부분을 흡수할 수 있고, 용액공정으로 인한 저렴한 공정비용, 우수한 광전기적 특성 등을 가지고 있다. 황화납 퀀텀닷 태양전지는 여러 공정 단계를 거치는데, 최근까지 퀀텀닷 층을 기판 위에 코팅 후 열처리 해 전기전도성을 향상시키는 공정이 필수 단계로 자리매김하고 있다. 하지만 황화납 퀀텀닷이 빛, 열, 수분 등에 노출되면, 퀀텀닷 표면에 결함 형성이 가속화돼 소자 성능을 저하시키는 문제가 발생할 수 있어 상용화를 통해 활용하는 데 어려움이 있다. 연구진은 황화납 퀀텀닷 표면에 발생할 수 있는 결함 형성을 방지하기 위해 수 밀리초(1000분의 1초) 정도의 짧은 시간 동안 빛을 노출해 열처리하는 방식을 적용했다. 반면 기존의 황화납 퀀텀닷 층 열처리 방식은 열판, 오븐 등을 이용해 고온에서 수십 분 동안 진행한다. 이로 인해 표면 결함 형성이 가속화될 수 있는 시간이 길다. 새로운 '펄스 형태 열처리 기법'은 수 밀리초의 단시간 내에 강한 빛을 통해 열처리 돼 표면 결함 발생을 최소화 할 수 있다. 또한, 전류를 발생시키는 전하(전자, 정공)의 이동 수명을 연장하는 등 기존 방식의 단점은 극복하면서 고효율을 달성하는 기술이다. 최종민 교수는 "이를 통해 기존 양자점 열처리 공정의 한계점을 극복할 수 있는 신규 열처리 공정을 개발해 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있었다"며, "파급효과가 우수한 양자점 공정을 개발로 향후 양자점이 활용되는 다양한 광전소자에 확대 응용될 수 있을 것"이라고 말했다. 한편, 최종민 교수는 이번에 개발한 황화납 퀀텀닷 태양전지 제작 기술을 경북대 에너지화학공학과 임창용 교수팀, 충남대 에너지공학과 임종철 교수팀과 공동연구를 통해 국제 학술지 '스몰(Small)'에 발표했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

한국과학기술연구원(KIST) 광전소재연구단 정대환 박사팀이 그래핀과 양자점(퀀텀닷)으로 만든 새로운 발광 소자로 발광 다이오드(LED) 발광효율을 8배 증가시켰다. 특히 이 새로운 소재는 LED나 레이저같은 발광소자의 에너지 효율을 획기적으로 상승시켜 디스플레이 소비전력을 절감시킬 수 있다. 정대환 박사는 21일 "이 소재는 마이크로 LED와 같이 발광소자의 크기가 작아질수록 소자 효율이 줄어드는 스케일링 문제점의 한계를 극복할 수 있을 것"이라며, "디스플레이 소비전력을 획기적으로 낮춰 글로벌 에너지 절감에 기여하는 소재로 개발이 기대된다"고 말했다. 연구진은 고효율 발광 소재를 만들기위해 표면 안정성이 뛰어난 2차원 소재 '그래핀'과 전자 구속력이 있는 '퀀텀닷'을 결합하는 혼합차원 이종구조를 활용했다. 연구진은 분자 단위로 초정밀 합성이 가능한 분자빔 성장 방법(분자빔 에피택시, MBE)으로 매우 급격한 계면을 갖는 고품질의 막을 만들었다. 이를 통해 2차원, 1차원, 0차원의 전자 상태를 갖는 양자 우물 층, 양자 와이어, 양자점과 같은 이종 구조를 만들 수 있다. 이렇게 만든 그래핀-퀀텀닷 혼합차원 소재를 광루미네선스(PL)로 분석한결과, 기존 소재 대비 최대 8배까지 발광효율이 증가했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자