고려대-동국대, 전력 생산·빛 감지 동시 수행 '이중기능 광변환 소자' 기술 개발

[서울=뉴시스]전수현 인턴 기자 = 고려대 전기전자공학부 심재원 교수와 동국대 조제웅 교수 연구팀은 전력 생산과 빛 감지를 동시에 수행하는 '이중기능 광변환 소자' 핵심 기술을 공동 개발했다.

최근 사물 인터넷(IoT)과 웨어러블 기기의 보급이 확대되면서, 스스로 에너지를 충전하고 빛을 감지할 수 있는 광센서 기술에 대한 수요가 급증하고 있다.

그러나 전력을 효율적으로 만드는 과정에서 불필요한 전류나 외부 신호 때문에 센서가 혼선되는 문제가 발생하고, 이를 막으면 전류 흐름이 줄어 전력 효율이 떨어지는 문제가 있었다. 따라서 전력 생산과 빛 감지 기능을 동시에 구현하려면 상반된 조건을 모두 만족해야 했다.

이에 연구팀은 새로운 계면소재 '벤젠 포스포닉산(Benzene Phosphonic Acid, BPA)'을 개발했다.

BPA는 불필요한 기능을 제거한 단순한 분자 구조로, 전극 표면에 균일하고 안정적인 단일층을 형성한다. 이 단일층은 전하가 효율적으로 이동하도록 돕고, 전력 생산과 빛 감지 성능을 동시에 개선하는 기반이 된다.

실험 결과, BPA 기반 소자는 실내조명 환경에서 28.6%의 전력변환효율(PCE)을 달성해 기존 소재보다 향상된 성능을 보였다. 또한 소자 면적을 200배 이상 확대한 실험에서도 90% 이상의 효율을 유지했다.

특히 BPA의 단순한 구조는 합성 공정을 간략화함으로써 기존 물질(2PACz) 대비 제조 비용을 7배 이상 절감했으며 비용 대비 효율은 9배 이상 증진시켰다.

심 교수는 "BPA를 적용한 이중 기능 광변환 소자는 차세대 자가구동형 IoT 및 웨어러블 기기의 상용화를 앞당길 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구는 다학제 분야 세계적 권위지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)' 온라인에 지난달 6일 게재됐으며 한국연구재단(NRF)과 산업통상자원부(MOTIE)의 지원으로 수행됐다.


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