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조인선 교수팀, 페로브스카이트 태양전지용 신소재 전극기술 개발 위치 확인

우리 학교 조인선 교수팀이 효율과 안정성이 높은 페로브스카이트 태양전지용 신소재 전극 기술을 개발했다. 이에 친환경 에너지 기술인 태양전지의 핵심소재 원천기술 개발과 국산화에 기여할 것으로 보인다. 조인선 교수(신소재공학과·대학원 에너지시스템학과, 사진) 연구팀은 소자의 효율과 내구성을 획기적으로 향상시킨 페로브스카이트 태양전지용 신소재 복합산화물 전극 기술을 개발했다고 밝혔다. 관련 연구 성과는 ‘Energy-level engineering of the electron transporting layer for improving open-circuit voltage in dye and perovskite-based solar cells’라는 제목으로 3월1일자에 실렸다. 태양전지는 무한한 청정 태양 에너지로부터 전기와 같은 유용한 에너지원을 뽑아 낼 수 있는 친환경 에너지 기술이다. 현재 태양전지 시장에서 90% 이상을 차지하는 실리콘 태양전지는 효율이 높지만 공정이 복잡하고 가격이 비싸다. 이에 페로브스카이트 태양전지처럼 용액공정을 이용한 저가의 차세대 에너지 개발에 대한 관심이 매우 높다. 2012년경부터 본격 연구되기 시작한 페로브스카이트 태양전지는 저가의 용액공정을 통해 21% 이상의 높은 효율을 보이고 있다. 이는 기존 실리콘 태양전지(25% 수준)에 근접한 수준으로, 페로브스카이트 태양전지가 짧은 연구 역사에도 불구하고 현재 가장 주목받고 있는 차세대 태양전지 기술이 된 이유다. 페로브스카이트 태양전지는 보통 전자 수송층(electron transporting layer, ETL)과 페로브스카이트 광흡수체(perovskite light absorber), 정공 수송층(hole transporting layer, HTL)으로 구성되어 있다. 태양광을 쬐면 광흡수체에서 발생한 전자와 정공들이 각각 전자 수송층과 정곡 수송층으로 전달·포집되어 광전류와 전압 차이를 발생시키게 된다. 일반적으로 전자 수송층 전극으로 TiO2소재가 사용되고 있으며 전자 수송과 포집에 매우 중요한 역할을 한다. 하지만 TiO2소재는 산화물 반도체로 전자 이동도가 매우 낮기 때문에 전기적 특성 향상이 제한적이며 빛에 반응하여 화학반응을 일으키는 광촉매 특성이 우수하다. 이같은 특징이 페로브스카이트 태양전지의 효율과 내구성을 저하시키는 요소로 작용한다는 점이 그동안 한계로 남아 있었다. 조인선 교수는 “이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 전자 수송층용 광전극 소재가 연구되어 왔지만 신규 소재들의 효율과 안정성이 매우 낮았다”며 “연구팀은 광전극으로 새로운 소재를 도입하여 이러한 문제를 푸는데 성공했다”고 말했다. 연구팀은 페로브스카이트 태양전지의 광전극으로 TiO2소재 대신 ‘스트론툼(Sr)이 치환된 바륨주석산화물(Ba1-xSrxSnO3)’을 도입했다. 이 물질은 전기적·광학적 특징이 매우 우수해 기존의 TiO2소재를 대체할 수 있는 유력 후보군으로 주목받아 왔다. 그러나 소재의 에너지 구조가 태양전지에 적합하지 못해 전압 손실과 광전변환 효율을 감소시킨다는 한계를 보여 왔다. 조인선 교수는 “소재의 에너지 구조를 자유롭게 조절해 태양전지에 최적화된 에너지 구조를 만들었다”며 “그 결과 개방 전압 손실을 최소화하고 21% 이상의 광전변환효율, 초기 효율 대비 96% 이상의 효율 안정성을 확보할 수 있었다”고 설명했다. 이어 “이번에 개발한 소재가 페로브스카이트 태양전지의 조기 상용화를 위한 기반기술로의 활용될 수 있을 전망”이라며 “페로브스카이트 태양전지 뿐 아니라 다른 형태의 태양전지, 배터리, 반도체 소자와 같은 다양한 에너지 생산·저장 기술 소자에 적용도 가능할 것으로 기대한다”고 덧붙였다. 이번 연구에는 조인선 아주대 교수와 석상일 울산과학기술원 교수가 교신저자로 참여했고 신성식 한국화학연구원 선임연구원이 제1저자로 함께 했다.
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- 작성일2019-06-21
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서형탁 교수팀, 수소 생성 '고효율 태양광촉매 전극' 개발 위치 확인

우리 학교 서형탁(신소재공학과·대학원 에너지시스템학과) 교수 연구팀이 '고효율 태양광촉매 전극'을 개발했다. 태양광으로 물을 분해하여 수소를 얻는 '광 전극'의 효율성과 내구성을 높이고 제작 비용을 획기적으로 낮추게 될 전망이다. 서형탁 교수 연구팀이 개발한 물질의 정식 명칭은 ‘구리-바나디움 나노 결정 산화물 기반의 고효율 태양광촉매 전극’이다. 공동연구원으로는 우리 학교 샨카라 칼라누르 교수(Shankara S. Kalanur, 신소재공학과)가 참여했다. 이번 개발은 태양광 에너지 분야에서 주목받는 소재인 '구리'를 활용했다는데 의의가 있다. 구리산화물은 태양광을 효율적으로 흡수하고 지표면상에서 쉽게 구할 수 있는 금속이기 때문에 가격 경쟁력이 있지만, 실제 태양광 흡수 이후 형성되는 전하이동효율이 떨어져 최종 효율이 낮아지는 한계가 있었다. 서 교수 연구팀은 광 전극이 용액합성으로 구리 원소를 바나디움 원소와 나노구조형상의 합금화를 통해 개발했고, 이로써 최적의 태양광 ‘입사광자변환효율’을 얻었다. 이 과정에서 합금 조성을 정밀하게 제어하는 기술이 사용됐다. 서형탁 교수는 "세 가지 다른 조성으로 개발된 나노 합금은 비록 같은 원소 구성 성분의 합금이더라도 각 원소의 조성비에 따라 태양광을 흡수하는 광학적 특성과 전하분리에 관여하는 전자구조에는 큰 차이를 보임을 전자구조 분석을 통해 규명했다"며 "이것이 태양광변환효율에 영향을 미치는 핵심 인자"라고 설명했다. 서 교수 연구팀은 정밀 조성 및 전자구조 제어를 통해 광 변환 효율을 합금 간 최대 200% 이상 개선시켰고, 본 구리기반 산화물 합금 결과에서는 기존 연구의 3% 수준과 비교해 6배 가량 개선된 약 18%의 양자효율을 얻었다. 서형탁 교수는 “저가·비 희귀 금속인 구리 복합 산화물을 기반으로 고효율 나노구조 광 전극을 얻는 정밀 합성법과 전자 구조 분석법을 개발한 것이 이번 연구의 주요 성과"라고 말했다. 한편, 이번 연구결과는 화학촉매 분야 저명 국제학술지인 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 인바이런멘탈’ (Applied Catalysis B: Environmental, 논문인용지수(IF)=11.698, JCR 저널랭킹 상위 1%) 2월 26일자 온라인 판에 소개됐다.
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정보통신대학 연구팀, HotMobile 2019 학술대회 수상 위치 확인

우리 학교 정보통신대학 구성원들이 속한 연구팀이 HotMobile 2019 학술대회에서 'Best Demo Paper Award'를 수상했다. 우리 학교 최재원(컴퓨터공학과, 석박통합과정), 박현정(소프트웨어학과) 학생과 고정길 교수(소프트웨어학과)를 비롯해 백정엽 중앙대 교수, Rajesh Krishna Balan 싱가포르 경영대학 교수는 한 팀을 이뤄 지난달 27일부터~28일 양일간 미국 산타크루즈에서 열린 학술대회에 참가했다. 연구팀은 사용자의 인재 패턴을 기반으로 모바일 증강현실 콘텐츠를 저전력화하는 기술을 개발해 이를 학술대회에서 시연했다. 해당 논문의 제목은 이다. 우리 학교 최재원 학생은 "본 상을 수상하게 되어 영광"이라며, "앞으로도 이와 같이 그래픽스와 모바일 컴퓨팅 분야를 접목시키는 연구를 더욱 더 열심히 해나가겠다"고 말했다. HotMobile 학술대회는 ACM SIGMOBILE에서 공식적으로 주최하는 학술교류 행사로, 올해 25회째를 맞았다. 특히, 이동형 컴퓨팅 기술 관련 논문들이 발표되고 있는 우수 학술대회로 꼽히고 있다.
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