과학기술정보통신부는 김진영 울산과학기술원 교수 연구팀이 빛을 전기로 바꾸는 태양전지와 전기를 빛으로 바꾸는 발광 소자(LED) 기능을 하나로 통합한 발광 전지를 개발했다고 6일 밝혔다.
태양전지와 발광소자는 구조와 제작 공정이 유사하지만 빛이 발생하는 원리는 반대다. 태양전지는 전하가 추출되면서 전기가 발생하고, 발광소자는 전하가 주입되면서 빛이 발생한다. 그동안 태양전지와 발광소자의 효율을 극대화하는 각각의 연구는 많이 진행됐지만 통합연구는 부족했다.
김진영 교수 연구팀은 빛에너지의 흡수와 발광이 모두 가능한 '페로브스카이트' 물질을 사용했다. 단일 소자에서 발전과 발광이 모두 가능한 새로운 복합기능성 소자를 만들었다. 연구팀은 이를 '페롭트로닉 소자(Peroptronic device)'로 정의했다.
페롭트로닉 소자에는 특정 음이온(BIm4)이 포함된 고분자 전해질 층을 도입했다. 이 물질의 도움으로 전하가 페로브스카이트에 쉽게 주입되거나 추출되는 것이 모두 가능해졌다.
페롭트로닉 소자는 사물인터넷에서 전원 및 디스플레이 역할을 동시에 수행할 것으로 기대된다. 유연한 필름을 코팅할 때 사용하는 용액공정에 활용하면 구부러지고 휘어지는 웨어러블 기기에도 적용할 수 있다. 기존 실리콘 등의 무기물 전자 소자에 비해 공정과정이 간단하고 제작비용도 저렴하다.
김진영 교수는 “이분화 됐던 태양전지와 발광소자를 단일 구조에서 모두 구현시킨 차세대 혁신 소자 개발”이라며 “광전자 소자 기술 통합으로 에너지 분야 패러다임 변화를 기대한다”고 말했다.
연구는 과기정통부 기초연구지원사업(개인연구) 지원을 받아 수행됐다. 연구내용은 에너지 분야 국제학술지 '에너지 및 환경과학' 8월 10일자에 게재됐다.
송준영기자 songjy@etnews.com
