포스텍(총장 김도연) 화학공학과 오준학 교수<사진>와 UNIST 곽상규 교수팀이 광 흡수율을 높일 수 있는 다중 패턴을 가진 플라즈몬* 나노구조체를 개발해 태양전지와 광센서로 응용하는데 성공했다.

재료과학 분야 권위지 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced  Materials)’ 7월 6일자 표지논문으로 게재된 이번 성과는 유기태양전지나 웨어러블 전자기기에 사용되는 유기 광전자 소자의 성능을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 무기물에도 활용 가능해 광전자소자 산업에도 도움이 될 전망이다.

포스텍과 UNIST 공동연구팀은 고온 열처리를 하면 자기조립을 하는 성질을 갖춰 다양한 나노패턴을 만드는데 이용되는 블록공중합체 리소그래피 기법과 나노 임프린팅 리소그래피 기법을 조합했다.

우선, 블록공중합체인 ‘PS-b-PMMA’에 열처리를 가해 자기조립을 유도, 기둥 모양의 패턴을 만든 다음 이 위에 격자 나노패턴 모양의 도장을 찍는 방법으로 복합 나노패턴을 만들었다.

기둥모양과 격자모양을 동시에 가지는 이 나노패턴은 빛을 포획하는 광 포획 효과와 플라즈몬 효과*를 효율적으로 유도해 소자의 광 흡수율을 크게 증가시킬 수 있었다. 이렇게 만들어진 태양전지는 기존보다 24%, 광센서는 무려 858%나 높아진 효율을 나타냈다.

이 구조체는 유기물이나 무기물에 모두 적용이 가능하고, 단시간에 저온 공정·재사용이 가능해 유기 소자 뿐만 아니라 이미 상용화된 무기물 광전자 소자에도 활용할 수 있다.

포스텍 오준학 교수는 "이번 연구는 다중패턴 플라즈몬 나노구조체가 광전자 소자의 성능을 극대화시킬 수 있다는 것을 최초로 입증한 것이다. 차세대 광전자 소자와 웨어러블 전자기기의 상용화 진척에도 크게 도움이 될 원천기술"이라고 의의를 밝혔다.

한편 이번 연구성과는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프론티어사업 ‘나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단’과 ‘기초연구사업’의 지원으로 수행됐다.

최혜영 커뮤니케이터