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태양전지 적용 가능한 안정적 양자점 박막 개발

기계연구원 정소희 박사팀 "공유결합성 양자점 표면 개질"

에너지 준위를 제어할 수 있는 인듐아세나이드(InAs) 양자점 표면 제어 과정 모식도 [한국연구재단 제공=연합뉴스]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국연구재단은 한국기계연구원 정소희 박사 연구팀이 대기 중 전하 농도를 잃지 않고 안정성을 유지하는 양자점 박막 제작 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.

양자점(퀀텀 닷·Quantum dot)은 자체적으로 빛을 내는 ㎚(나노미터)급 초미세 반도체 결정이다.

텔레비전 디스플레이용으로 쓰이면서 광고에 자주 등장하는 용어다.

학계에선 아주 얇은 형태(박막)의 양자점으로 태양전지를 제작하려는 연구가 활발하다.

기존 결정질 실리콘 태양전지 효율 한계를 뛰어넘을 수 있는 데다 발전단가를 월등히 낮출 수 있을 것으로 기대를 모으기 때문이다.

다만, 현재의 양자점 박막은 대기 중에서 전하 농도를 쉽게 잃는 불안정성을 보인다.

인듐아세나이드(InAs) 양자점 박막을 이용한 양자점 태양전지 모식도와 전류·전압 곡선 [한국연구재단 제공=연합뉴스]

연구팀은 광학·전기적 특성이 뛰어나면서도 견고한 안정성을 기대해 볼 수 있는 공유결합성 Ⅲ-Ⅴ족 양자점 잉크와 박막을 만들었다.

Ⅲ-Ⅴ족은 주기율표 Ⅲ족 원소와 Ⅴ족 원소가 화합물을 이룬 반도체 물질이다.

Ⅲ-Ⅴ족 양자점은 재료 자체의 공유결합성이 커서 표면을 제어하는 게 난제였다.

연구팀은 표면을 벗기는 단계와 보호막을 씌우는 단계가 분리된 2단계 연속 개질 공정을 구현해 문제를 해결했다.

연구팀이 개발한 Ⅲ-Ⅴ족 인듐아세나이드(InAs) 콜로이드 양자점 박막은 3주 넘게 대기에 노출해도 전하 농도를 보존했다.

왼쪽부터 한국기계연구원 정소희·송정훈·최혜경·팜투히엔 박사 [한국연구재단 제공=연합뉴스]

정소희 박사는 "연구에서 제시한 양자점 표면 제어 전략은 다른 Ⅲ-Ⅴ족 양자점으로 확장해 적용할 수 있을 것으로 예측된다"며 "궁극적으로 태양전지나 광센서 등 다양한 광전자 응용 분야에 사용할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구)과 글로벌 프런티어사업, 에너지기술평가원 신재생에너지 핵심기술개발사업 지원으로 수행했다.

성과를 담은 논문은 15일 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 실렸다.

walden@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지>2018/10/21 12:00 송고

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