교육연구단 소식

공간 제한법 이용해 단결정 합성, 고성능 광검출기 적용 가능

왼쪽부터 김민 교수, 박수민 석사과정 학생(사진=전북대학교)

태양전지와 LED, 광검출기 등 소자연구에 널리 사용되는 페로브스카이트 소재의 효율을 높일 수 있는 단결정 소자가 개발됐다.

28일 전북대학교는 김민 교수팀(공대 화학공학부, JBNU-KIST산학연융합학과, 에너지-AI융합공학과)이 고분자를 활용한 공간 제한 기법을 적용해 결정의 배향을 조절할 수 있도록 해 이번 단결정 소자 개발에 성공했다고 밝혔다.

페로브스카이트 소재는 높은 광 흡수계수와 조절 가능한 밴드갭, 경제성 높은 공정 등의 장점을 갖고 있다. 그러나 다결정 박막은 서로 다르게 배열된 결정립 간의 경계로 인해 전하 이동이 방해받고, 전력 전환 효율이 떨어지는 한계도 지니고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해서는 결정립 경계가 없는 단결정 형태의 소자가 필요하다.


김민 교수팀의 연구 모식도

김민 교수팀의 연구는 이러한 한계 극복을 위해 단결정 광검출기를 개발했다. 연구팀은 선택적 투과 성질을 가진 유기 고분자 필름층을 도입해 용매의 선택적 흡수 및 빠른 증발을 유도함으로써 단결정 합성 시간을 단축시키는 데 성공했다. 또한 내부 고분자 표면과의 상호인력을 이용해 단결정의 표면 결정면 방향을 조절할 수 있었다.

이러한 연구 결과는 재료분야 저명 국제학술지인 'SMALL, IF=13, JCR = 7.3%'에 ‘Interfacial Engineering for Controlled Crystal Mosaicity in Single-Crystalline Perovskite Films’라는 제목으로 게재됐다.

김 교수팀이 제안한 결정합성법은 단결정 필름의 결정배향 형성 메커니즘을 세계 최초로 규명했으며, 이를 통해 높은 성능을 가진 광검출기에 적용할 수 있는 가능성을 제시했다.

김민 교수는 "이번 연구를 통해 페로브스카이트 소재의 약점을 극복하고, 고성능 광검출기 개발에 한 걸음 더 다가설 수 있었다. 앞으로도 지속적인 연구를 통해 광전자소자 분야에서의 혁신을 이루어 나가겠다"고 말했다. 

한편 김 교수팀의 연구에는 박수민 석사과정 학생과 공동연구로 경상국립대 이태경 교수연구팀이 참여했으며, 한국연구재단 우수신진지원사업과 기후기술인재양성사업의 지원을 받아 수행됐다. 

출처 : 전민일보  https://www.jeonmin.co.kr/news/articleView.html?idxno=403740