유기태양전지 효율을 기존의 태양전지보다 24%, 광센서는 800% 이상 증대시킬 수 있는 혁신 기술이 개발됐다.
오준학 포스텍(POSTECH) 화학공학과 교수와 곽상규 유니스트(UNIST) 교수 연구팀은 광 흡수율을 높일 수 있는 다중 패턴의 플라즈몬 나노구조체를 개발, 태양전지와 광센서로 응용하는데 성공했다.
이번 연구 성과는 유기태양전지나 웨어러블 전자기기에 사용되는 유기 광전자 소자 성능을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 무기물에도 활용할 수 있어 광전자소자 산업에 도움이 될 것으로 기대된다.
공동연구팀은 고온 열처리 방법으로 다양한 나노 패턴을 만들 수 있는 블록공중합체 리소그래피(식각) 기법과 나노 임프린팅 리소그래피 기법을 조합하는데 성공했다.
블록공중합체인 `PS-b-PMMA`에 열처리를 가해 자기조립을 유도, 기둥 모양의 패턴을 만든 다음 이 위에 격자 나노 패턴 모양의 도장을 찍는 방법으로 복합 나노 패턴을 만들었다.
기둥 모양과 격자 모양을 동시에 갖는 이 나노 패턴은 빛을 포획하는 `광 포획 효과`와 플라즈몬 효과를 효율 높게 유도, 소자의 광 흡수율을 크게 증대시킬 수 있었다. 이렇게 만들어진 태양전지는 기존의 태양전지보다 24%, 광센서는 무려 858%나 높아진 효율을 보였다.
유기태양전지는 가볍고 구부리기 쉬우며 저렴해서 차세대 기기를 위한 태양전지로 주목받고 있지만 광 흡수율이 낮아 실제 상용화로 이어지긴 어려웠다.
이 구조체는 유기물이나 무기물에 모두 적용할 수 있을 뿐만 아니라 단시간 안에 저온에서 공정이 가능하고, 재사용할 수도 있다. 유기 소자뿐만 아니라 이미 상용화된 무기물 광전자 소자에도 활용할 수 있다.
오준학 교수는 “다중 패턴의 플라스몬 나노구조체가 광전자 소자의 성능을 극대화시킬 수 있음을 세계 최초로 입증한 것”이라면서 “차세대 광전자 소자와 웨어러블 전자기기의 상용화 진척에도 크게 도움이 될 원천 기술”이라고 평가했다.
미래창조과학부가 추진하는 글로벌프론티어사업 `나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단`과 `기초연구사업`의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 최근 재료과학 분야 권위지인 `어드밴스드 머터리얼스`의 표지 논문에 실렸다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
