【파이낸셜뉴스 수원=장충식 기자】 국내 연구진이 아주 낮은 수준의 전압에서도 생체신호를 정확하게 측정할 수 있는 유연한 고감도 전자피부 개발에 성공했다. 머리카락 두께 100분의 1 수준의 초박막 센서로 인체의 다양한 움직임에도 안정적이고 정확하게 생체신호 측정이 가능해 헬스케어 기술 발전에 기여할 것으로 보인다. 12일 아주대학교는 박성준 교수(전자공학과·지능형반도체공학과) 연구팀이 광주과학기술원(GIST) 연구팀과 공동으로 수직 형태의 채널구조를 갖는 초유연·초저전압 전자피부를 개발했다고 밝혔다. 해당 연구는 '표피 신호 모니터링을 위한 초유연성 수직 코바이노 유기 전기화학 트랜지스터(Ultraflexible Vertical Corbino Organic Electrochemical Transistors for Epidermal Signal Monitoring)‘라는 논문으로 저명 학술지 <어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)> 11월호에 게재됐다. 아주대 지능형반도체공학과 박사과정 이인호 학생, 서울대 신소재공동연구소 김지환 박사후연구원과 광주과학기술원(GIST) 김영석 박사가 공동 제1저자로 참여했다. 강기훈 서울대 재료공학부 교수(공동저자), 광주과학기술원 윤명한 신소재공학부 교수(교신저자)와 아주대 박성준 전자공학과·지능형 반도체공학과 교수(교신저자)가 이번 연구를 주도했다. 유연하고 가벼우며 생체친화적인 전자피부(e-skin)는 최근 국내외에서 활발히 연구되고 있다. 그중에서도 유기 전기화학 트랜지스터는 피부 계면에서 일어나는 미세한 이온 변화를 전기 신호로 변환할 수 있어, 높은 감도의 비침습적 측정이 필요한 생체리듬 모니터링 센서에 활발히 적용되고 있다. 그러나 현재까지 개발된 전자피부 형태의 유기 전기화학 트랜지스터는 피부에 부착된 상태에서, 인간의 일상 움직임에 따라 소자의 형태가 변형되기 때문에 전기적 평형 상태를 유지하기 어렵다는 단점이 있었다. 이는 유기 전기화학 트랜지스터가 일반적으로 양옆에 전극이 배치된 평면 구조(planar structure)를 사용하기 때문이다. 또 평면 구조의 특성상, 반도체 채널 길이를 1마이크론 이하로 짧게 만들기 어려워 피부 부착 시에 안정적이고 높은 감도로 신호를 측정해내기 어렵다는 한계도 존재했다. 공동 연구팀은 이에 전극을 위아래로 배치한 수직 구조(vertical structure)를 채택하여 500나노미터(nm) 미만의 채널 길이를 갖는 수직 구조 형태의 소자를 개발했다. 해당 소자는 특히 기계적 변형 시 소자가 받는 힘을 안전하게 분산시키기 위해, 원형 채널 형태로 설계됐다. 이 구조는 기생 저항을 효과적으로 제거하기 위해 4단자 기반의 측정 방식을 도입, 400mS의 세계 최고 수준 증폭률을 달성했다. 이를 통해 기존 방식에 비해 증폭률과 구동 안정성을 각각 10배, 30배 이상 향상시킨 고감도의 유기 전기화학 트랜지스터를 개발할 수 있었다. 연구팀은 개발한 수직 구조의 유기 전기화학 트랜지스터를 1마이크로미터(μm) 두께의 고분자 기반 기판 위에 구현, 머리카락 두께의 100분의 1 수준인 총 두께 2마이크로미터의 초박형 센서를 제작했다. 해당 센서는 33% 압축 변형과 1000회 이상의 반복적인 인장 시험에서도 성능 저하 없이 안정적인 작동을 보였고,  다양한 움직임 속에서도 신뢰성 높은 생체신호를 측정할 수 있음을 입증했다. 이러한 기술은 실시간 건강 모니터링과 원격 생체신호 분석·진단 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 전망이다. 박성준 아주대 교수는 "이번 연구를 통해 초저전압에서 높은 감도로 생체신호를 측정할 수 있는 비침습적 피부 인터페이스 건강 모니터링 기술에 획기적 진전을 이루어냈다"며 "다양한 기능을 갖춘 초소형·초박형 웨어러블 기기의 구현 가능성을 높이고, 장기간 사용해도 성능을 안정적으로 유지할 수 있는 방안을 제시할 수 있을 것"이라고 설명했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 나노소재글로벌영커넥트·나노소재기술개발사업과 아주대학교 연구비 지원을 받아 수행됐다. jjang@fnnews.com 장충식 기자

[파이낸셜뉴스] 솔루스첨단소재는 오는 14일부터 16일까지 서울 삼성동 코엑스(COEX)에서 열리는 '2024년 한국디스플레이 산업 전시회'에 참가해 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이 소재 제조 기술력을 공개한다고 13일 밝혔다. 솔루스첨단소재는 이번 전시회에서 정공방어층(HBL), 전자수송층(ETL), 녹색 인광 호스트(Green Host) 소재를 전시한다. 이와 함께 소자 기판에 유기재료를 증착한 후 전극을 연결하여 발광시키는 OLED 디바이스도 전시할 예정이다. 솔루스첨단소재는 주요 제품들의 기술력과 연구 성과 등에 대해서도 알릴 계획이다. 발광소재인 △HBL △ETL △정공수송층(HTL) △보호층(CPL) △녹색 인광 호스트를 비롯해 비발광소재인 △충전재 △박막봉지(TFE) 등 발광과 비발광을 아우르는 OLED 디스플레이 소재 포트폴리오를 보유하고 있다. HBL은 OLED의 발광을 위해 전류가 이동하는 공통층으로 10년 이상 쌓아온 개발 및 제조 노하우를 활용해 효율 및 수명을 향상시키고 있다. 마찬가지로 공통층인 ETL은 소비 전력 저감 기술 등을 적용해 다양한 고객 맞춤형 제품을 양산하고 있다. 녹색 인광 호스트는 OLED의 빛을 내는 발광층 핵심 재료 중 하나로 장수명·고효율 제품을 개발해 양산을 준비 중이다. 솔루스첨단소재는 신규 소재인 녹색 인광 호스트를 통해 기존 공통층에서 시장 규모가 큰 발광층으로 사업 영역을 확장할 계획이다. 이 밖에 지난해 준공한 자회사 솔루스아이테크를 통해 생산하는 비발광소재인 TFE와 충전재도 전시한다. 충전재는 OLED 패널과 컬러 필터 간 접착소재로, 고굴절 소재를 통해 광손실을 최소화하는데 성공했다. TFE는 주로 스마트폰 액정 화면에 쓰이는 비발광 소재로, 저유전 특성을 적용해 터치 정밀도를 향상했다. 김태형 솔루스첨단소재 사장은 "전시회 참가를 통해 고객사와 협력사 등 업계 관계자들에게 당사의 OLED 디스플레이 소재 제조 기술력을 선보이고 설명할 수 있는 자리를 갖게 되어 기쁘다"면서 "기존 주력 제품뿐 아니라 녹색 인광 호스트를 비롯한 신규 소재 진입 등 제품 포트폴리오를 지속 확대하여 다양한 OLED 소재 개발 및 양산에 적극적으로 나설 예정"이라고 말했다.  kim091@fnnews.com 김영권 기자

[파이낸셜뉴스] 한국생산기술연구원 친환경열표면처리연구부문 오세권 박사팀과 숙명여대 화공생명공학부 류원희 교수팀이 집전체가 음극을 대신해 가볍고 안전한 무음극 리튬금속 전지를 개발했다. 이 전지는 전해도금 기술을 이용해 집전체를 3차원 다공성 구조로 만들어 단락을 차단해 고장이나 폭발을 방지한다. 또한 여러번 사용하면서 부피가 팽창하는 것을 최대한 막아낼 수 있다. 17일 생산기술연구원에 따르면, 리튬을 음극재로 사용하는 리튬금속 이차전지는 상용 리튬이온전지 대비 높은 부피당 에너지밀도(1000Wh/L)를 갖고 있어 차세대 이차전지로 주목받고 있다. 하지만, 충방전이 거듭될수록 음극에 금속이온이 달라붙어 나뭇가지 모양으로 생겨나는 덴드라이트가 문제다. 이 덴드라이트가 전지의 단락을 일으켜 고장이나 폭발의 원인이 되고 전지 효율과 수명을 떨어뜨린다. 연구진은 덴드라이트 문제를 해결하기 위해 집전체가 음극을 대신해 음극이 없는 전지 시스템 개발에 집중했다. 무음극 전지 시스템은 음극재를 없애 부피와 무게를 줄임으로써 에너지 밀도를 높이는 새로운 개념으로, 이 시스템에서는 집전체가 기존 전자 이동 통로로서의 기능 뿐만아니라 음극 역할까지 대신하게 된다. 연구진은 3차원의 다공성 구조를 갖는 구리 집전체를 개발하고, 이를 기반으로 무음극 전지 시스템을 만들었다. 오세권 박사팀은 구리 집전체를 전해도금 기술을 활용해 리튬 덴드라이트 성장을 제어하는 데 있어 최적의 구조(기공 12㎛, 두께 17㎛)를 갖는 3차원 다공성 구리 집전체를 설계했다. 이렇게 만든 구리 집전체는 리튬 충·방전때 리튬 이온이 3차원 다공성 구조체 내에서 고립된 형태로 들러붙었다가 떨어져 덴드라이트 성장을 막는다. 이 때문에 양극과 만나지 않아 덴드라이트로 인한 폭발 등 안전성 문제의 근본 원인을 제거할 수 있다. 류원희 교수팀은 3차원 다공성 구리 집전체를 무음극 전지시스템에 적용, 성능평가 및 덴드라이트 제어 매커니즘을 밝혀냈다. 성능 시험 결과, 이 집전체는 전지의 안전성 향상 효과 외에도, 기존 구리 박막 집전체 대비 충·방전 시 부피 팽창률을 약 4분의 1 수준으로 감소시켰다. 또한 리튬 핵생성 과전압도 50%가량 낮췄다. 오세권 박사는 "뿌리기술인 전해도금기술을 활용해 차세대 리튬금속전지의 안전성을 높일 수 있는 무음극 집전체 기술을 개발한 것"이라며 "앞으로도 전해도금기술을 기반으로 한 에너지 전극재료 연구 개발을 지속해 차세대 이차전지 실용화에 기여하겠다"고 말했다. 연구진은 이번에 개발한 무음극 리튬금속전를 화학공학 분야 세계적 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Jorunal)'에 발표했다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 아이엘사이언스가 산학협력을 통해 차세대 2차전지로 각광 받는 전고체 배터리에 도전장을 낸다. 19일 아이엘사이언스에 따르면 가천대 전지 및 에너지 변환 연구소 윤영수 교수팀과 함께 차세대 전고체 배터리 상용화 기술 개발에 착수했다. 앞서 아이엘사이언스는 가천대와 '금속 리튬 기반 음극 혁신소재 및 전고체 전지 시스템' 개발을 위한 산학협력 협약을 체결했다. 국내 최초로 배터리공학과를 설립하는 등 2차전지 분야를 선도하는 가천대는 이번 협약을 통해 대학이 보유한 핵심기술 특허인 △전고체 박막 전지 제조방법(한국특허) △음극 제조방법 및 이를 이용해 제조된 음극(한국특허) △양극 기판, 고용량 전 고상 전지 및 그 제조 방법(미국특허) 등을 아이엘사이언스에 양도하기로 했다. 윤영수 가천대 신소재공학과 교수는 연세대 세라믹공학 학사, 카이스트 원자력공학 석·박사 출신으로 국내 2차전지 분야 권위자다. 윤 교수는 올해 한국 세라믹학회지에 '고체 사이의 경계면을 수정하기 위한 기능성 재료, 전고체 리튬 금속의 전해질 및 리튬 전극 배터리' 논문을 게재했다. 앞서 2020년에는 국제 학술지인 세라믹 인터내셔널에 '리튬인산질화물 박막의 구조적 및 전기화학적 특성에 대한 사후 어닐링의 영향'을 게재하기도 했다. 이외에 2차전지 관련 다수 리뷰 논문을 국제 학술지에 게재했다. 윤 교수가 이끄는 전지 및 에너지 변환 연구소는 기능성 나노 분말 합성 및 2차원 코팅 기술에 기반한 기능성 에너지 재료를 연구한다. 나노 구조 금속 산화물, 기능성 세라믹 분말 합성 및 표면 제어 코팅 공정 개발에 주력한다. 전고체 배터리는 액체 전해액을 사용하는 기존 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도가 높고 폭발이나 화재 위험이 없다. 따라서 안전을 위한 별도 장치 없이 배터리 내 공간을 효율적으로 활용할 수 있어, 더 많은 활성 물질을 넣어 배터리 용량을 늘릴 수 있는 장점이 있다. 특히 아이엘사이언스가 윤 교수팀과 개발할 금속 리튬 기반 음극은 기존 전지뿐 아니라 차세대 고체 전지에도 적용할 수 있다. 또한 분말 기반 음극과는 달리 휘어지는 전지 구현이 용이하다. 이를 통해 로봇, 도심형 에어모빌리티, 웨어러블 디바이스 등 다양한 분야로 확장 적용할 수 있다. 아이엘사이언스 관계자는 "아이엘사이언스는 세계 최초로 LED용 실리콘렌즈를 상용화한 저력이 있다"라며 "윤 교수팀이 그동안 축적한 연구·개발 성과를 신속히 상용화해 2차전지 소재와 시스템 분야 강소기업으로 도약할 것"이라고 말했다. butter@fnnews.com 강경래 기자

[파이낸셜뉴스] 아바코가 신사업으로 추진 중인 2차전지(배터리) 장비 '롤프레스' 납품이 예상보다 지연될 수 있다는 일각의 주장에 대한 입장을 내놨다. 25일 아바코 관계자는 "롤프레스 납품과 관련해 거래처와 협의 중"이라며 "일각에서 롤프레스 장비 납품이 지연될 수 있다는 주장이 나오는 데 사실과 다르다"고 밝혔다. 롤프레스 장비는 2차전지 공정에서 활물질이 입혀진 전극(양극·음극)을 압연해 두께를 마이크로미터(㎛, 100만분의 1m) 수준으로 얇게 구현하는 기능을 한다. 롤프레스 장비는 양극재와 음극재를 도포하는 전극코터(코팅장비)와 함께 2차전지 공정에 있어 핵심 장비로 분류된다. 아바코는 2차전지 롤프레스 장비를 개발한 뒤 현재 국내외 유수 이차전지 업체와 양산 검증을 진행 중이다. 아바코는 2차전지 전극·재료를 절단하는 '슬리터' 장비를 비롯해 물류이송에 관여하는 ‘스토커’ 등은 이미 상용화했다. 아바코는 그동안 디스플레이 장비 사업에 주력해왔다. 액정표시장치(LCD) 등 디스플레이 위에 금속막을 입히는 스퍼터(박막장비)를 비롯해 물류장비, 모듈장비 등을 LG디스플레이 등에 활발히 공급한다. 아바코는 디스플레이 장비에 이어 2차전지 장비를 신수종 사업으로 선정한 뒤 최근 관련 투자에 박차를 가하고 있다. 실제로 아바코는 오는 9월 중 경북 상주 일반산업단지 내 5만㎡ 부지에 2차전지 장비 전용공장을 완공할 예정이다. 이 관계자는 "올해 말까지 북미에 건설 중인 2차전지 공장에 들어갈 장비를 2000억원 이상 수주할 것으로 예상된다"며 "올해 2·4분기 실적은 직전 분기와 비교해 흑자로 전환할 가능성이 높다"고 덧붙였다. butter@fnnews.com 강경래 기자

[파이낸셜뉴스] 스위스 로잔연방공과대학교(EPFL) 화학공학자 케빈 시불라 박사팀이 햇빛과 공기중의 습기만으로 수소를 만드는 인공광합성 장치를 개발했다. 지금껏 인공광합성 장치는 물에서 수소를 만들었지만 대기중의 습기를 이용한 것은 이번이 처음이다. 시불라 박사는 9일 "햇빛만으로 공기중에서 수소를 만들어내는 효율이 물에서 수소를 만드는 것보다 낮다"고 말했다. 즉 현재 물 기반의 광전기화학(PEC) 전지에서 달성할 수 있는 것보다 적다는 것이다. 연구진이 만든 장치의 태양-수소 변환 효율은 최대 12%인 반면, 물 기반의 PEC 전지는 최대 19%다. 시불라 박사는 "지속 가능한 사회를 실현하기 위해서는 재생 에너지를 산업계에서 연료와 공급 원료로 사용할 수 있는 화학 물질로 저장하는 방법이 필요하다"며 "태양 에너지는 재생 가능한 에너지의 가장 풍부한 형태이며, 우리는 태양 연료를 생산하기 위한 경제적으로 경쟁력 있는 방법을 개발하기 위해 노력하고 있다"고 말했다. 연구진이 개발한 장치는 식물이 공기중의 이산화탄소를 사용해 햇빛을 화학에너지로 바꾸는 방법에서 영감을 얻었다. 식물은 대기로부터 이산화탄소와 물을 얻고, 햇빛으로부터 추가적인 에너지를 얻어 당과 녹말을 만들어낸다. 이 과정이 바로 광합성인데, 햇빛 에너지가 당과 녹말이라는 화학 결합의 형태로 저장된다. 시불라 박사팀이 개발한 투명 가스 확산 전극은 빛을 받아내는 반도체 물질로 코팅하면 실제 인공 잎처럼 작용해 공기와 햇빛에서 물을 수확해 수소가스를 생산한다. 즉 햇빛 에너지가 수소 결합의 형태로 저장되는 것이다. 마리나 카레티 박사는 "투명 가스 확산 전극은 아직까지 개발된 적이 없었기 때문에 시제품 장치를 개발하는 것이 어려웠고, 각 단계마다 새로운 절차를 개발해야 했다"고 설명했다. 연구진은 그럼에도 각 단계가 비교적 간단하고 확장이 가능해 태양광으로 작동하는 수소 생산 가스 확산 기판 뿐만아니라 여러 분야에서 응용이 가능할 것으로 내다봤다. 연구진은 투명한 가스 확산 전극을 만들기 위해 석영 섬유인 유리솜 유형으로 시작해 고온에서 섬유를 함께 융합해 펠트 웨이퍼로 만들었다. 그 다음, 웨이퍼는 우수한 전도성, 견고성과 스케일업이 쉬운것으로 알려진 불소가 첨가된 주석 산화물의 투명 박막으로 코팅했다. 첫 단계는 투명하고 다공성이며, 전도성 있는 웨이퍼로,공기 중의 물 분자와 접촉을 극대화하고 빛 입자를 통과시키는 데 필수적이다. 그런 다음 웨이퍼는 햇빛을 흡수하는 반도체 재료의 얇은 필름으로 다시 코팅된다. 이 두 번째 얇은 코팅은 여전히 빛을 통과시키지만, 다공성 기질의 큰 표면적 때문에 불투명하게 보인다. 이렇게 코팅된 웨이퍼는 햇빛에 노출되면 수소를 생산할 수 있다. 연구진은 계속해서 코팅된 웨이퍼를 포함하는 작은 챔버와 측정을 위해 생산된 수소 가스를 분리하기 위한 얇은 막을 만들었다. 이렇게 완성된 챔버는 습한 조건에서 햇빛을 받으면 수소 가스를 생산하는 투명한 가스 확산 전극이다. 시불라 박사팀은 인공광합성 장치인 '투명 가스 확산 전극'을 개발해 지난 4일 재료 분야 최고 권위 학술지인 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 발표됐다. 시불라 박사는 "지속 가능한 사회를 실현하기 위해서는 재생 에너지를 산업계에서 연료와 공급 원료로 사용할 수 있는 화학 물질로 저장하는 방법이 필요하다"며 "태양 에너지는 재생 가능한 에너지의 가장 풍부한 형태이며, 우리는 태양 연료를 생산하기 위한 경제적으로 경쟁력 있는 방법을 개발하기 위해 노력하고 있다"고 말했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 광주과학기술원(GIST) 이광희·김희주 교수와 부산대 서홍석 교수 공동연구팀이 페로브스카이트 층 아래 얇은 고분자 막을 추가해 태양전지 성능을 수년간 성능을 유지할 수 있게 만들었다. 이 고분자막은 전기를 잘 만들 수 있도록 페로브스카이트를 고성능·고품질로 만들어낸다. 김희주 교수는 3일 "얇은 막을 추가한 페로브스카이트 태양전지는 전기전환효율 24.4%를 수년간 유지할 수 있다"고 말했다. 연구진은 새로운 막을 추가해서 만든 태양전지에 가속화 실험을 진행했다. 약 700시간 연속으로 빛을 노출한 실험결과, 초기 효율 대비 7%만 줄어들어 우수한 광안정성을 보여줬다. 현재 사용하고 있는 실리콘 태양전지도 공장에서 안정성 테스트할때 가속화 실험을 한다. 강한 빛을 1000시간 쪼여 초기효율 대비 90%를 유지할 경우 장기적인 신뢰성을 갖는 것으로 간주한다. 이광희 교수는 "향후 태양광 모듈 및 건물 일체형 태양전지 개발 등 실생활과 밀접한 다양한 분야에 활용 가능할 것"이라고 말했다. 태양전지는 빛을 받으면 전자가 정공에서 빠져나와 이동하면서 전기에너지로 바뀌는데 이 전자를 정공에 재결합하면서 전기에너지가 만들어지지 않고 열에너지로 방출된다. 이를 비방사재결합이라하는데, 빛을 흡수하는 페로브스카이트층이 잘 만들어지지 않아 이 같은 현상이 일어난다. 이에 연구진은 새로운 '비공액고분자'를 개발하고, 간단한 용액공정을 통해 페로브스카이트 박막 아래층에 얇은 막 형태로 접목시켰다. 새로운 비공액고분자 층은 페로브스카이트 물질의 태양빛 흡수를 방해하지 않으며, 고품질의 페로브스카이트가 만들어지는 것을 유도해 내부 결함을 효과적으로 줄였다. 또한, 이온성 기능기를 도입해 페로브스카이트 물질에서 생성된 전하를 하부 전극으로 효과적으로 추출하고, 더욱 향상된 전하 수송능력으로 태양전지의 성능을 끌어올렸다. 연구진은 비공액고분자 층이 기존 구조의 페로브스카이트 태양전지보다 효율이 향상돼 24.4%의 에너지 전환효율을 기록했다. 또한 가속화 실험인 약 700시간 태양광 노출 실험에서 초기 효율 대비 7%만 줄어들어 우수한 광안정성을 보여줬다. 이광희 교수는 "이번 연구를 통해 페로브스카이트 물질의 성능저하의 근본적인 원인을 해결할 수 있는 실마리를 제시했다"고 말했다. 연구진은 이번 결과물을 재료분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 발표했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 박혜성 교수팀이 페로브스카이트 태양전지를 대형 OLED TV 제조 방식으로 만들어 전기전환 효율과 내구성을 높였다. 연구진이 만든 페로브스카이트 태양전지는 봉지공정(인캡슐레이션) 없이도 전기전환 효율이 21.4%에 달했다. 또한 습도가 60~70%일때 1000시간 동안 작동해도 초기 효율의 60% 이상 유지했다. 박혜성 교수는 1일 "박막 증착은 페로브스카이트 태양전지를 상용화 가능한 큰 크기로 제작하는 데 매우 유리한 제조방식"이라며 "이 방식으로 만든 페로브스카이트 태양전지의 효율이 20%를 넘어섰다는 점에서 무척 고무적"이라고 말했다. 박 교수는 이어 "이번에 개발한 진공증착 기반의 보호 피막 기술은 페로브스카이트 태양전지 뿐만아니라 실리콘과 페로브스카이트 태양전지를 결합한 탠덤 태양전지, 페로브스카이트 기반 발광다이오드, 광센서 등에도 응용할 수 있을 것"이라고 설명했다. 연구진이 사용한 진공 박막증착은 원료 물질을 진공 상태서 증발시켜 기판에 얇게 입히는 방식이다. 이는 이미 대형 OLED TV 제조 등에서 널리 쓰이고 있는 기술이다. 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 물질 바로 위에 얇은 막을 형성시켜 수분과 열에 약한 페로브스카이트를 보호한다. 하지만 기존에 보호 기능이 뛰어난 것으로 알려진 '루델스덴-포퍼' 구조 피막은 내부 입자 배열이 불규칙해 전기를 만드는 효율을 떨어뜨렸다. 무질서한 입자 배열 때문에 전자가 전극까지 제대로 흘러 들어가지 못한 것. 연구진은 내부 원자의 정렬 방향을 맞춘 보호 피막을 합성해 이 같은 문제를 해결했다. 증착 과정에서 박막 형성 속도와 같은 공정 변수를 조절하는 기술을 썼다. 이 보호 피막을 입힌 페로브카이트 태양전지는 수분뿐만 아니라 열 내구성 실험에서도 우수한 성능을 보였다. 제1 저자인 최윤성 연구원은 "페로브카이트 물질 위에 증착된 보호 피막 덕분"이라며 "이 보호 피막은 수분, 열 자극 보호 효과가 탁월하면서도 기존 보호 피막과 달리 전지 효율을 떨어뜨리지 않는다"고 설명했다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 특수지 전문기업 국일제지는 자회사 국일그래핀이 국내외 업체와 협업을 통해 현재 그래핀 기반 펠리클(Pellicle) 부품 개발에 나선다고 11일 밝혔다. 펠리클은 빛으로 반도체 웨이퍼에 회로를 찍는 노광공정에 사용되는 오염방지 부품으로 포토마스크 교체 주기를 줄여 공정비용 절감과 생산성 향상에 효과적이다. 펠리클은 EUV(극자외선) 장비에서 높은 투명성과 고온 저항성이 요구된다고 알려져 있다. 회사 관계자는 “EUV펠리클 소재 요구 특성이 매우 까다로워 국내외에서 실리콘 소재, 은나노, 그래핀, 탄소나노튜브 등 여러 신소재와 복합물질을 펠리클 소재로 응용하고자 연구개발되고 있다”며 “그 중 그래핀은 높은 투광성과 강도 등으로 EUV펠리클에 유용한 재료다”고 설명했다. 한편 국일그래핀은 국내외 유일의 비전사 CVD 박막 그래핀 합성 기술을 보유하고 있다. 이 회사는 보유기술을 통해 반도체 EUV설비 필수 부품 중 하나인 펠리클 뿐만 아니라 투명전극, 디스플레이 등 그래핀을 활용한 다양한 분야에서 다수 기업과 협업을 통한 연구개발에 박차를 가하고 있다. kakim@fnnews.com 김경아 기자

광주과학기술원(GIST) 김희주·이광희 교수팀은 부산대 화학과 서홍석 교수팀과 함께 열과 빛, 공기 등 장시간 외부환경 노출에도 높은 안정성을 유지하는 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 연구진은 페로브스카이트 태양전지를 보다 간단한 구조로 만들어 20.28%의 에너지전환 효율을 달성했다. 이 태양전지를 실험실 내에서 혹독한 환경을 만들어 테스트를 진행했다. 그결과 85도 이상 열에서 1000시간, 강한 빛에 350시간, 일반 공기에 1500시간 노출해도 초기 성능의 80%를 유지했다. 김희주 교수는 2월 28일 "최악의 실험실 환경을 만들어 얻어낸 이번 결과는 태양전지가 10년 정도를 버틸 수 있다는 것을 의미한다"고 설명했다. 김 교수는 "이 결과를 토대로 올해에는 대면적으로 페로브스카이트 태양전지를 만들어 실외공간에 설치해 내구성 테스트를 추가로 진행할 예정"이라고 말했다. 용액공정으로 제작되는 페로브스카이트 박막은 높은 결정성을 가지지만 결정과 결정사이, 또는 박막의 표면에 이온 결함들이 존재한다. 페로브스카이트 태양전지가 열, 빛, 공기에 노출됐을 때 표면과 내부에서 상부로 이동한 이온결함들은 상부전극을 부식시켜 태양전지의 성능을 떨어뜨린다. 이는 페로브스카이트 태양전지 상용화의 최대 걸림돌이다. 연구진은 페로브스카이 태양전지의 안정성을 높이기 위해 페로브스카이트 내부의 이온결함을 흡수하는 초박막 전해질층 적용했다. 새로 개발한 초박막 고분자 전해질은 열적 안정성이 높은 카바졸 분자에 이온 결함과 반응성이 높은 아민 작용기를 도입했다. 이 전해질을 윗쪽 전극과 페로브스카이트 층 사이에 매우 얇은 막으로 만들어 넣었다. 이를 적용해 페로브스카이트 태양전지를 만들어 실험실에서 열과 빛, 공기노출 실험을 진행했다. 그결과, 이 새로운 고분자 전해질 층은 페로브스카이트 박막 표면과 내부에 존재하는 이온결함을 효과적으로 흡착하면서도 상부전극과 페로브스카이트 층 사이의 전하이동을 향상시켰다. 또한, 신규 구조의 페로브스카이트 태양전지는 85도의 열에 1000시간 동안 노출해도 태양전지 초기의 성능을 80%이상 유지했다. 이와함께 350시간 동안 빛에 노출시키고, 공기 중에 1500시간 이상 노출 했음에도 안정적으로 태양전지가 작동했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자