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발전 발광이 모두 가능한 발광 전지 최초 개발미니인터뷰 - UNIST(울산과학기술원) 김진영 교수

사물인터넷에서 전원과 디스플레이 역할을 동시에 수행 가능

 

김진영 UNIST 교수 <홍보팀 제공>

UNIST(울산과학기술원) 김진영 교수 연구팀이 세계 최초로 빛을 전기로 바꾸는 태양전지와 전기를 빛으로 바꾸는 발광 소자(LED) 기능을 하나로 통합한 발광 전지를 개발했다고 과학기술정보통신부(과기정통부)는 밝혔다.

페로브스카이트 물질의 경우 빛의 흡수와 발광이 모두 가능해 기존의 물질들과 달리 단일 소자에서 복합적인 기능 구현이 가능하지만 현재 다양한 물성 조절에 따른 페로브스카이트 물질의 특성변화 및 메커니즘에 대한 연구가 매우 미비하여 물리적, 화학적, 전기적, 광학적 특성 분석과 페로브스카이트 박막의 결정 성장 제어 및 메커니즘 규명 등 다양한 연구가 필요하다.

□ 연구를 시작한 계기나 배경은 무엇인가

유기 태양전지와 유기 발광 소자는 기본적으로 같은 구조를 가지고 있기 때문에 대부분의 연구팀에서 두 분야를 동시에 연구하는 경우가 많다. 하지만 광활성층으로 사용되는 물질이 서로 상이하기 때문에 이분화되어 연구가 진행되어 왔다. 페로브스카이트 물질의 등장과 함께 두 분야에서 기존 유기물 소자의 효율을 빠르게 갱신하고 있다. 뿐만 아니라 두 분야에서 같은 물질을 광활성층으로 사용 가능하기 때문에 발전과 발광이 가능한 복합기능성 단일 소자 제작이 가능하리라 생각되었다.

□ 연구 진행과정에 대한 소개는

기존 페로브스카이트 태양전지의 경우 빛을 800nm 흡수할 수 있어 고효율이 가능했다. 하지만 발광 시에는 적외선 영역이 되기 때문에 우리 눈으로는 볼 수 없다는 단점이 있다. 따라서 연구팀은 페로브스카이트 물성을 조절해 흡수 영역을 가시광선 영역에 포함되는 530nm까지 낮추어 연구를 진행하였다. 흡수 영역을 낮추었기 때문에 태양전지 소자 효율은 기존 태양전지에 비해서 상당히 줄었지만 사람의 눈으로도 인식이 가능한 녹색 빛을 내는 발광 소자를 만들 수 있었다. 또한 전하는 태양전지에서 추출이 되어야 하고 발광 소자에선 주입이 되어야 한다. 기존 소재들은 한 가지 특성에 특화되어 있었기 때문에 추출과 주입이 모두 가능한 새로운 고분자 전해질을 도입해 발전과 발광이 가능한 복합기능성 광전자 소자를 개발했다.

□ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소가 있었다면 무엇인지? 어떻게 해결 하였는가

연구팀 대부분이 태양전지를 연구하는 인력이었기 때문에 연구를 처음 시작할 때 태양전지 기반으로 접근했다. 기존 기술을 토대로 빠르게 소자를 제작했으나 태양전지로는 작동을 하지만 계속해서 발광 소자로는 작동하지 않았다. 태양전지로만 접근하다 보니 단일 구조에서 두 가지 기능을 모두 실현시키는 일에 어려움이 있었다. 그 이후로는 발광 소자를 제작하기 시작했고 태양전지와 발광 소자에서 접점을 찾기 시작했다. 그 결과 두 가지 기능 모두 가능한 복합기능성 소자 제작에 성공하였지만 여전히 태양전지 효율이 높으면 발광 소자 효율이 낮고 반대로 발광 소자 효율이 높으면 태양 전지 효율이 낮은 현상이 반복되었다. 두 분야에서 최적의 효율을 내는 광활성층 박막이 서로 상이하였고 연구팀은 광활성층을 최적화시켜 연구를 성공적으로 진행하였다. 최초로 두 분야를 통합시켜 얻은 성공적인 연구 결과로 의미를 부여하고자 한다.

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

기존 두 분야로 나뉘어 연구가 되던 태양전지와 발광 소자를 단일 구조에서 소자 제작이 가능하게 실현하였다. 최초로 이루어낸 연구 성과이며 이를 계기로 많은 분야에서 통합된 연구를 하는 계기가 되었으면 한다. 다양한 분야에서 서로 공동네트워크를 추진하여 연구를 통합하는 복합기능성 광전자 소자 연구의 시작이길 바란다.

□향후 목표와 향후 연구계획은.

최초로 복합기능성 광전자 소자인 발광 태양전지의 개발을 성공했지만 아직 그 효율은 미비한 실정이다. 보다 향상된 성능을 가지는 소자를 제작하는 것이 첫 번째 목표이며, 이를 위해 기존의 태양전지 기술과 발광 소자 기술을 계속해서 통합시켜 나가는 것이 중요하다. 다양한 분야의 전문가들과 활발한 교류를 통한 통합연구를 이루어 과학기술 발전에 기여하는 연구자가 되는 것이 두 번째 목표이다.

 

관련 논문 내용보기     

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