성균관대 연구팀, 고효율 2차원 나노 광전소자 개발

성균관대학교(총장 정규상)는 에너지과학과 정문석 교수(교신저자)와 프랑스 트루아공과대학(UTT) 정현 박사(제1저자) 공동연구팀이 기존 대비 성능 10배의 2차원 나노 광전소자를 개발했다고 11일 밝혔다.

이들은 기존의 태양전지에 사용되는 금속-절연체-반도체 다이오드 구조를 2차원 나노물질인 그래핀, 육각형 질화붕소, 이황화몰리브데늄을 이용해 20nm 두께의 초박막으로 구현하는데 성공했다. 

2차원 나노물질 차세대 반도체 광전소자 개발을 통해 유연 무기물 태양전지 및 웨어러블 무기물 광전소자의 가능성을 제시했다.

현재 유연 반도체 소자들은 대부분 유기물을 이용해 만들어지기 때문에 효율 및 수명이 무기물 소자들에 비해 현저히 낮은 문제점이 있다. 이를 이용한 웨어러블 디바이스의 수명도 더불어 짧을 수 밖에 없다. 

이번 연구로 그래핀, 질화붕소, 이황화몰리브데늄 등 2차원 나노물질을 이용해 태양광소자에 사용되는 MIS소자를 성공적으로 구현했으며, 기존의 2차원 나노물질로 만들어진 광소자에 비해 10배 정도 성능이 향상됐음을 관측했다. 

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. 

에너지과학과 정문석 교수는 "이번 연구를 통해 휴대용 태양전지, 옷에 부착가능한 광감지기, 휴대용 LED 디스플레이 장치 등의 수명을 혁신적으로 개선해 관련 산업 발전에 크게 기여할 수 있을 것"이라 말했다.

한편 이번 연구는 한국기초과학연구원 나노구조물리연구단, 한국산업통상자원부에서 지원하는 한국에너지기술평가원의 인력개발프로그램 지원으로 이뤄졌다.

연구 결과는 미국 화학회에서 발간하는 나노소재분야 최고 권위지 중 하나인 'Nano Letters' 에 3월 9일자로 게재됐다.

http://www.mt.co.kr/view/mtview.php?type=1&no=2016031115267447152