기존 성능에서 10배 가량 향상된 2차원 나노 광전소자가 국내 연구진에 의해 개발돼 눈길을 끈다.
성균관대학교(총장 정규상) 에너지과학과 정문석 교수(교신저자)와 프랑스 트루아공과대학(UTT)의 정현 박사(제1저자) 공동연구팀은 기존의 태양전지에 사용되는 금속(Metal)-절연체(Insulator)-반도체(Semiconductor)다이오드 (MIS diode)구조를 2차원 나노물질인 그래핀(Graphene), 육각형 질화붕소(h-BN), 그리고 이황화몰리브데늄(MoS2)을 이용해 20nm 두께의 초박막으로 구현하는 데 성공하였다. 이러한 2차원 나노물질 차세대 반도체 광전소자 개발을 통해 유연 무기물 태양전지 및 웨어러블(wearable) 무기물 광전소자의 가능성을 제시했다.
현재의 유연 반도체 소자들은 대부분 유기물을 이용해 만들어지기 때문에 효율 및 수명이 무기물 소자들에 비해 현저히 낮은 문제점이 있다. 따라서 이를 이용한 웨어러블(wearable) 디바이스의 수명도 더불어 짧을 수 밖에 없다. 이를 극복하기 위해서는 기존의 무기물 반도체 소자를 매우 얇게 만들면 되는데 기존의 반도체물질로는 구현이 쉽지 않았다. 본 연구에서는 그래핀, 질화붕소, 이황화몰리브데늄 등 2차원 나노물질을 이용해 태양광소자에 사용되어지는 MIS소자를 성공적으로 구현했다. 기존에 발표된 2차원 나노물질로 만들어진 광소자에 비해 10배 정도 성능이 향상된 것이 관측됐다.
이 기술은 향후 유연 무기물 광전소자의 개발에 큰 기여를 할 수 있을 것이라는 평이다. 유연 무기물 광전소자는 웨어러블 광감지기, 초박막 태양전지, LED분야에서 활용될 수 있으며 기존의 유연 소자에 주로 사용되는 유기물반도체의 짧은 수명 및 저효율의 단점을 극복할 수 있을 것으로 기대된다.
연구를 주도한 에너지과학과 정문석 교수는 "이번 연구를 통해 휴대용 태양전지, 옷에 부착가능한 광감지기, 휴대용 LED 디스플레이 장치 등의 수명을 혁신적으로 개선하여, 관련 산업 발전에 크게 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.
한편 이번 연구는 한국기초과학연구원 나노구조물리연구단, 한국산업통상자원부에서 지원하는 한국에너지기술평가원의 인력개발프로그램의 지원으로 이루어졌다. 미국 화학회에서 발간하는 나노소재분야 최고 권위지중의 하나인 'Nano Letters' 에 3월 9일자로 게재됐다.
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