인천대 윤주형교수팀, 고성능 광증폭에너지 기술개발

-태양전지,광통신 탁월한 성능 향상 기대 -
-세계 최초 표면 플라즈몬 에너지 증폭 소자·매커니즘 구현-

국내 연구진에 의해 신개념의 고성능 광증폭 에너지 기술이 개발돼 태양전지 및 광통신 부분에서의 탁월한 성능 향상이 기대된다.

인천대 전기공학과 윤주형 교수 연구팀은 세계 최초로 나노구조를 이용한 에너지 증폭 기술의 현상을 검증했다고 15일 밝혔다. 이는 표면 플라즈몬 에너지의 기능성을 실용화한 것으로 반도체 분야의 고집적도와 대량화를 실현할 수 있는 근간 기술을 개발한 것이라고 덧붙였다.

플라즈몬 현상은 입사된 빛에 의해 나노 사이즈의 금속을 통한 반도체 혹은 절연체 표면에서 발생하는 강한 전기 현상으로, 태양전지 및 광전 변환 응용분야 등에 적용되면 탁월한 성능향상을 가져올 수 있다.

그간 태양 전지 기술에 있어서, 기존의 기술로는 입사되는 광에너지의 일부만을 이용하는 제약이 있었다. 모든 빛은 에너지를 가지고 있으나 짧은 파장대의 빛은 반도체에 효과적으로 흡수되지 못하고, 열적 손실과 함께 생성된 전자-정공의 재결합 손실을 야기한다. 이는 자연적인 현상이지만 피할 수 없는 손실로 기존 태양전지를 포함한 광전소자의 성능을 제한하는 요소로 작용했다.

이?나노기반 플라즈몬 에너지 증폭 기술은 이런 기술적 난제를 능동적으로 해결했다는 것이다. 열손실로 에너지를 잃은 전하를 재결합 없이 수집하는데 성공했으며 이를 통해 빛 에너지를 전기에너지로 교환하는 성능을 22% 이상으로 향상시켰다. 윤 주형 교수는 “계속된 연구를 통해 빛과 전기의 교환 에너지(광전성능) 효율 100%를 달성하고 싶다”는 포부를 밝혔다.

이같은 연구개발은 기존의 태양전지의 효율을 획기적으로 개선할 수 있는 근간 기술일 뿐 아니라, 태양광을 이용한 수소에너지 발생분야에도 능동적인 기술이 될 것으로 예상된다. 아울러, 빛과 전기의 에너지 교환 방식에 새로운 모티브를 제공하고 IOT ((Internet of things) 분야에도 이용될 것으로 판단된다고 윤 교수는 설명했다.

이 연구는 인천대 연구팀과 미국 마이애미 대학의 김 성진 교수 연구팀, 버팔로 대학의 Wayne Anderson 교수 연구팀과 협업한 결과다. 이 연구결과는 나노분야 세계 최상위 과학전문지인 ‘Nano Letters’ 1월호에 게재됐으며 또한 현재 미국 특허로 심사중이다.

이번 연구에 함께 참여한 전기공학과 김준동 교수는 “이 연구의 결과는 태양광을 이용한 다양한 광전소자 및 수소 에너지 개발에 적용”될 것이며 “인천대 융합기술원의 대표 기술로 자리매김 할 것으로 예상된다”고 밝혔다. 인천=김인완 기자 iykim@hankyung.com



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