디지스트(DGIST) 연구팀이 나노소재를 새롭게 디자인하는 방식으로 반도체 물질 고유의 빛 흡수 효율을 획기적으로 높인 새로운 신물질 설계 기술을 개발했다. 이 기술을 활용하면 새로운 기능을 갖는 다양한 광소자 개발이 가능하다.
조창희 DGIST 신물질과학전공 교수 연구팀은 백성호 나노·에너지융합연구부 박사와 학연공동으로 반도체 실리콘 물질의 나노구조 배열 디자인을 통해 보다 넓은 에너지 범위에서 빛을 제어하고, 높은 광흡수 효율을 얻을 수 있는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.
연구팀은 반도체 물질에 주기적인 나노구조를 적용해 넓은 에너지 범위에 걸쳐 빛과 물질이 다중적인 공명 현상을 일으킨다는 것을 밝혔다. 또 물질 고유의 광흡수 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있음을 규명했다.
기존의 단순한 반도체 나노구조는 광흡수 효율이 향상되는 빛의 에너지 대역이 좁은 문제가 있었다. 연구팀은 빛의 진행 방향으로 주기성을 갖는 반도체 나노구조의 배열을 통해 넓은 에너지 범위에서 광흡수 효율을 제어할 수 있음을 증명했다.
이 연구 결과는 물질 고유의 특성으로 알려져 있는 광흡수 효율을 원하는 대로 조절할 수 있다는 것을 보여준다. 이를 활용해 새로운 기능을 갖는 다양한 광소자 개발이 가능하다는 점도 시사하고 있다.
신물질 디자인 기술을 통해 확보한 물질의 광흡수 제어 기술은 반도체 기반의 광전소자 개발 등 다양한 분야에 적용이 가능하다. 특히 고성능 광센서나 높은 효율의 태양전지 기술 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
조창희 교수는 “물질의 광학적 흡수 성질을 능동적으로 제어할 수 있는 새로운 아이디어를 증명한 연구”라며 “고감도 광센서 및 고효율 태양전지 소자 개발을 위한 중요한 실마리를 제공한 것”이라고 말했다.
연구 결과는 최근 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 온라인판 표지 논문으로 선정됐다. 이번 연구는 한국연구재단 해외우수연구기관 유치사업으로 진행하는 DGIST-LBNL 공동연구센터 및 DGIST 특성화 융합과학중점센터 지원으로 수행됐다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
