▲ 인천대 연구팀원(김홍식 선임연구원, 김준동 교수,말케쉬쿠마파텔 박사)

[인천=문찬식 기자] 국내 연구진에 의해 기존의 틀을 벗어날 수 있는 완전 투명 광전소자가 최초로 개발돼 국내 독창 기술의 신개념 광전소자의 기술이 확보됐다.

인천대 전기공학과 김준동 교수연구팀(말케쉬쿠마 파텔 박사, 김홍식 선임연구원)은 불투명한 금속전극의 사용이 없는 산화물 반도체 기반의 완전 투명 광전소자 개발을 독일의 과학 전문지인 ‘Advanced Electronic Materials’(Wiley 그룹) 최근호에 ‘All Transparent Metal Oxide Ultraviolet Photodetector(완전 투명 산화물 반도체 광전소자)’란 제목의 논문을 발표했다.

이 논문은 논문 투고 시점에서 VIP paper로 선정돼 논문 편집위에서 별도의 관리를 통해 책자의 표제논문으로 출간됐다. 그동안 산화물 반도체(Oxide semiconductor)는 가시광을 투과하고 단파장 영역의 빛을 흡수하여 태양전지, LED, Displays, 투명전기/전자 분야 등 대부분의 광전소자에 사용되고 있는 산업 활용도가 매우 높은 물질이지만 전기 전도성 개선과 빠른 응답속도는 해결해야 할 과제로 남아 있었다.

또한 불투명한 금속 전극을 사용해 시인성이 저하되는 문제를 가지고 있었다. 연구책임자인 김 준동 교수는 “이러한 문제를 해결하기 위해 고성능 p-type 산화물 반도체인 NiO의 구조 특성을 이용해 반응 속도와 민감도가 탁월하고 금속 전극의 사용이 필요없는 신개념의 기술을 개발했다”고 밝혔다.

이번 연구에서 주도적인 역할을 한 인도 출신 Malkeshkumar Patel 박사(인천대 박사 후 연구원)는 대면적 공정이 가능하면서도 산화물 반도체의 높은 투명도가 확보 될 수 있도록 스퍼터링 방식과 후열처리 방식을 통해 NiO 기반 자외선 반응 속도 중 가장 빠른 24.2 ms(ms:1/1000 초)의 기술을 개발했으며 4인치 이상의 대 면적에 적용된 연구를 진행하고 있다.

김홍식 선임연구원은 투명 광전소자의 성능을 더욱 향상 시킬 수 있는 동시증착 기술을 연구하고 있으며 투명 광전소자의 반응속도가 더욱 개선된 기반 기술을 확보, 가까운 미래에 학계에 보고할 예정이다. 본 기술은 피부암과 눈병을 일으키는 자외선에 대한 효과적 제어 기술인 동시에 에너지의 활용 방안을 제시한 결과로 판단되며 투명한 태양전지 개발과 스마트 윈도우 등 인간의 실생활에 매우 밀접하게 적용될 것으로 예상된다.

김준동 교수는 “UV 영역의 빛과 에너지는 실생활에 매우 밀접한 영향을 주고 있지만 능동적인 이용에 대해서는 활용성이 미진했는데 이번 투명 광전소자 기술은 인간의 삶의 형태를 개선할 수 있는 방안을 제시한 것으로 판단된다. 사람의 인지영역인 가시광 영역의 빛은 투과하면서도 UV 영역의 빛을 이용한 투명한 태양전지와 스마트 윈도우 분야는 실생활에서 인간의 삶에 친숙하게 적용돼 창조적 에너지 생태계를 형성할 수 있는 근간 기술이 될 것”으로 예상했다.

이 연구는 한국에너지기술평가원(원장 안남성)의 신재생 에너지 융합핵심 기술개발사업(산업기술혁신사업)의 연구지원 (연구과제명 : 투명 전도체 나노렌즈를 이용한 태양전지 성능 향상 기술개발, 과제책임자 : 인천대학교 김준동 교수)을 통해 국내 유관 기업체로의 기술이전을 목표로 수행되고 있다.

해당 기술은 국내 특허출원을 완료했으며(2015년 9월 9일, 출원번호: 10-2015-0127602), 국제특허협력조약 (PCT) 출원을 진행 중에 있다. 인천대학교 (총장 최성을)는 이번의 투명 광전소자의 중점기술에 대해 삼극특허 (미국, 일본, 유럽 특허청 등에 출원)를 준비하고 있으며 인천대 융합기술원의 대표사업화 기술로 성장시킬 계획이다.

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