<사진은 정과부 화상에> 한국전자통신연구원(ETRI)은 분자메모리소자팀 이효영 박사팀(44)이 자기조립 단분자 소자의 스위칭 현상을 규명했다고 10일 밝혔다. 이 연구결과는 차세대 핵심기술로 주목받고 있는 분자메모리 소재 및 소자 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대를 모으고 있다. 이 박사팀은 고진공 주사형 터널링 현미경(STM)을 이용해 유기금속 단일분자의 전류 스위칭 시작 메커니즘을 밝혀냈다. 유기분자의 스위칭 및 메모리 특성은 그동안 액체상태에서 간접적인 방법으로 측정돼 왔으나 이를 분자메모리 소자에 적용하기 위해서는 고체상태에서 스위칭 현상을 밝혀내는 것이 꼭 필요하다. 이 박사는 “이 연구결과는 고체상 소자에 직접 적용할 수 있는 기술로서 향후 분자메모리 소재 및 소자 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대된다”며 “현재 이를 이용한 비활성 분자메모리 소자 제작에 박차를 가하고 있다”고 말했다. 이번 연구결과는 최근 화학분야 권위지 ‘미국화학회저널’에 게재됐다./economist@fnnews.com이재원기자

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원은 태양광연구단 홍성준 박사팀이 페로브스카이트 태양전지 속 재료를 새로 개발해 전기생산 효율과 내구성을 향상시켰다고 14일 밝혔다. 양전하(정공)가 이동하는 정공수송층 재료를 약간 변형하는 것만으로도 페로브스카이트 태양전지 효율을 22.73%까지 끌어올렸으며, 내부 부식을 막아 안정성까지 개선됐다. 실리콘과 페로브스카이트를 결합해 태양전지를 만들때 페로브스카이트 부분을 정공수송층 아래 페로브스카이트 광흡수층, 전자수송층 순으로 배치한다. 이는 보통의 페로브카이트 태양전지 대비 역구조다. 이때 정공수송층에 유기 반도체 물질을 사용하는데 강산성을 띄고 있어 투명 전도성 기판이나 광흡수층을 부식시켜 부품의 수명을 단축시킨다. 연구진은 정공수송층의 얇은 분자막인 자기조립단분자막에 있는 황 원자를 셀레늄 원자로 바꿔 부식되는 문제점을 개선했다. 기존 황 원자를 사용한 태양전지의 광전효율이 21.63%였지만 셀레늄 원자로 바꾸면 22.73%까지 증가했다. 또한 유기태양전지에 이 막을 적용하면 17.91% 효율이 나와 기존대비 111%까지 향상됐다. 이는 자기조립단분자막이 만들어질때 기판의 소모에너지를 낮춰 광흡수층에서 기판으로 정공전달에 사용되는 에너지 손실을 크게 줄여줬다. 최종적으로 페로브스카이트 태양전지를 가혹한 환경에서 테스트한 결과, 500시간 연속적인 효율 측정 후에도 초기 효율 대비 98%의 성능을 유지했다. 유기 태양전지의 안정성은 기존 대비 2배 이상 향상됐다. 홍성준 박사는 "역구조 페로브스카이트 태양전지와 유기태양전지의 효율은 물론 안정성까지 동시에 향상시킬 수 있는 독자적인 자기조립단분자막 기반 정공수송물질을 개발했다"고 설명했다. 이어서 "이러한 결과를 바탕으로 차세대 태양전지 및 페로브스카이트 태양전지를 상부셀로 하는 고효율 다중접합 태양전지의 상용화에 한 단계 도약할 수 있는 기회를 제공할 수 있을 것"이라고 말했다. 한편, 홍 박사팀은 울산과학기술원(UNIST) 화학과 박영석·김봉수 교수, 울산대 조신욱 교수와 공동연구를 통한 연구결과를 소재 분야 최우수 국제학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 발표했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원은 태양광연구단 홍성준 박사팀이 두종류를 결합한 탠덤 태양전지의 효율과 안정성을 높일 수 있는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 이 기술을 사용하면 페로브스카이트 태양전지 아래의 실리콘 태양전지의 효율을 떨어뜨리지 않는다. 연구진은 페로브스카이트 태양전지를 만드는데 저가의 물질을 사용하면서도 낮을 열처리로 인해 제작단가를 낮출 수 있을 것이라고 전망했다. 연구진이 이 기술을 이용해 탠덤 태양전지를 만들어 실험한 결과, 22.4% 이상의 고효율을 달성했다. 이는 기존기술로 만든 태양전지 효율 18.95%보다 높은 수치다. 또한 100시간 동안 안정적으로 전기를 만들어냈다. 홍성준 박사는 "이번 성과는 고성능 페로브스카이트 태양전지 개발을 위한 정공수송물질의 분자 설계 원리를 제공할 뿐만 아니라, 개발한 물질을 적용해 실리콘 태양전지의 이론적 한계효율을 극복할 수 있는 고효율 탠덤 태양전지 개발에도 적용할 수 있을 것"이라고 말했다. 기존 페로브스카이트 기반의 탠덤 태양전지는 빛이 들어오는 상부 층에 정공수송층을 배치한다. 이곳에서 들어오는 빛의 일부를 흡수해 효율이 떨어진다. 이 문제를 해결하기 위해 구조를 뒤집어 만든다. 즉 페로브스카이트 광흡수층을 가운데 두면서 전자수송층과 정공수송층의 위치를 역순으로 바꾼 것이다. 이렇게 하면 빛이 중간에 흡수되는 양이 적어져 실리콘 태양전지의 효율을 높일 수 있지만 윗쪽에 있는 페로브스카이트양전지는 효율이 떨어진다. 연구진은 이 문제를 해결하기 위해 전기화학적으로 매우 안정하고 염료나 의약물질로 많이 이용되는 페노티아진 물질을 활용했다. 이를 활용해 기판의 표면 거칠기에 무관하게 단분자막을 형성할 수 있는 저가의 정공수송물질을 만들었다. 연구진은 페노티아진 물질을 원료로, 간단한 3단계 유기합성을 통해 기판과 결합할 수 있는 정공수송물질을 합성했다. 이 정공수송물질을 불소가 첨가된 주석산화물로 이뤄진 투명 기판에 간단한 스핀공정과 낮은 열처리만으로도 자기조립단분자막을 만들어낸 것이다. 이렇게 기판에 코팅된 정공수송물질은 기존 상용 고분자 기반의 정공수송물질에 비해 가시광 영역에서 중간에 빛이 흡수되는 일이 거의 일어나지 않았다. 또한 페노티아진 물질 내 존재하는 황과 브롬 작용기를 도입해 정공수송물질과 페로브스카이트 광흡수층 사이에 불가피하게 발생하는 결함을 제어한 것이다. 뿐만아니라 광흡수층과 우수한 에너지 레벨을 형성해 정공수송 특성과 안정성을 크게 향상시켰다. 이번 연구결과는 우수성을 인정받아 에너지 분야 최우수 국제학술지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)'의 1월 표지논문을 장식했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자