에너지/환경

서북공업대학교가 거둔 2가지 중요한 성과 Nature자매지에 게재

발행일 : 2020 / 02 / 26

최근, 서북(西北)공업대학교 플렉시블전자연구원, 플렉시블전자재료와소자·정보화부중점실험실 황웨이(黃維) 원사 연구팀이 거둔 2가지 성과가 “Nature” 자매지에 게재됐다. 1) 황웨이 원사, 천융화(陳永華) 교수 연구팀은 지린(吉林)대학교 집적광전자국가중점실험실&재료과학·공학대학 장리쥔(張立軍) 교수와 공동으로 층상 페로브스카이트 태양전지 연구에서 획기적 성과를 거두었다. 관련 연구성과는 “Nature Photonics”에 게재됐다. 2) 황웨이 원사 연구팀은 Imperial College London, King Abdullah University of Science & Technology(KAUST)의 Thomas Anthopoulos 교수와 공동으로 유기-금속 산화물 박막 트랜지스터 연구에서 중요한 성과를 거두었다. 동 연구성과는 “Nature Electronics”에 게재됐다.

첫번째 성과는 태양전지 재료 개선이다. 페로브스카이트 재료는 직접 갭(Direct-gap), 양극성 전송, 높은 흡광계수, 낮은 엑시톤 결합에너지, 긴 캐리어(Carrier) 확산 거리 및 가용성 액체 가공 등 특성을 보유한다. 하지만 페로브스카이트 재료는 광조사, 전기장, 온도, 수중 산소 등 조건에서 매우 쉽게 분해되기에 페로브스카이트 태양전지의 상업화를 심각하게 제한한다. 전통적인 3차원 할로겐화물 페로브스카이트 태양전지재료와 비교하여 2차원 Ruddlesden-Popper(2DRP) 층상 페로브스카이트는 양호한 광안정성 및 열안전성을 보유하지만 구조 안전성 제한으로 그 박막 품질 및 광생성 캐리어의 분리/전송 특성이 상대적으로 부족하다.

연구팀은 고효율 안정적 층상 페로브스카이트 태양전지를 제안했다. 연구팀은 황 원자를 함유한 유기 아민을 도입함과 아울러 황 원소 사이의 상호작용을 통해 층간 상호작용을 효과적으로 조절하여 층간 전하 전송을 효과적으로 증강시킨 한편 층상 페로브스카이트 구조를 더한층 안정시켜 효율이 18.06%(인증 효율 17.6%)인 고성능 2DRP 층상 페로브스카이트 태양전지를 제조했다. 뿐만 아니라 2DRP 페로브스카이트 박막의 습/열 안정성 및 소자 안정성을 대폭 개선시켰다. 소자를 최대 전력 출력 위치에서 지속적으로 표준 태양광을1,000시간 조사하여도 효율 감소폭은 15% 미만이다.

두번째 성과는 디스플레이 생산에 관한 연구이다. 박막 트랜지스터는 디스플레이 구동 백플레인(Backplane)의 핵심 소자이다. 그 중에서 금속 산화물 박막 트랜지스터는 고이동도, 양호한 광투과성, 저원가, 저온 제조 가능성 등 장점을 보유하고 있기에 응용 전망이 밝지만 제조 원가가 높다. 최근의 용액법은 공법이 간단하고 대면적 제조를 달성할 수 있을 뿐만 아니라 유연성 기판과 호환이 가능한 새로운 제조 방법이 관심사로 떠오르고 있다. 하지만 용액법의 비화학양론적 성질로 인한 전하 포획 현상으로 소자의 작동 안정성이 떨어지는 문제점이 존재하는 등 실제 응용에서 기술적 어려움에 직면하고 있다.

연구팀은 상기 문제를 해결하기 위해 유기-금속 산화물 혼합 박막 트랜지스터를 제안했다. 해당 채널(Channel)은 용액법으로 제조한 산화인듐, 산화아연 나노입자, 중합체 폴리스티렌과 산화아연 다층 초박막으로 구성됐다. 오존으로 처리한 후의 중합체 폴리스티렌 박막은 금속 산화물 표면 및 헤테로 접합 계면의 전자 트랩을 효과적으로 부동태화함으로써 고전자 이동도 및 초고 작동 안정성을 달성할 수 있다. 이는 현재 가장 안정적인 금속산화물 박막 트랜지스터이다. 동 연구성과는 기존의 용액법으로 제조한 금속산화물 박막 트랜지스터의 작동 안정성 문제해결에 새로운 아이디어를 제공함과 아울러 박막 트랜지스터의 디스플레이 분야에서의 응용을 더한층 추진할 전망이다.

황웨이(黃維) 원사 프로필

현 서북공업대학교 상무부총장, 중국과학원 원사, 러시아과학원 외국적 원사, 아시아태평양재료과학원 원사, ASEAN 공학기술아카데미 외국적 원사, 파키스탄과학원 외국적 원사.

세계 최초로 폴리머 발광다이오드 디스플레이 연구에 참여하여 유기광전자 및 플렉시블 전자분야에서 활약하는 세계적인 유명 과학자이며, 중국 유기광전자학과 및 플렉시블전자학과의 정초자이자 개척자로 평가됨. Nature 등 SCI학술지에 760여편의 학술논문 발표(H지수 123, 피인용지수 7만3,000회이상, 재료학과 및 화학분야의 세계적인 고피인용 전문가) 재료학과 및 OLED, Solar Cell 및 Conjugated Polymer 영역의 학술논문 발표량은 세계 1위 차지

57 Views