| 상하이규산염연구소, 높은 인듐 함량의 삼성분 광전결정 획득 | ||
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 최근 중국과학원 상하이규산염연구소 위젠딩(餘建定) 연구팀은 세계 최초로 인듐 함량이 11%에 달하고 성분 분포가 균일하며 일치한 InxGa1-xSb 삼성분 광전결정을 획득했다. 해당 연구는 중국이 2016년 4월에 발사한 미세중력과학실험위성—"스젠(實踐) 10호" 귀환식 과학위성에서 진행되었다. 해당 연구성과는 "npj Microgravity"에 게재되었다. 광전결정이란 빛에너지를 전기에너지로 전환하는 결정을 말한다. 인듐, 갈륨, 안티몬 원소를 주로 함유하는 InxGa1-xSb 삼성분 광전결정은 주요 적외선 광전장치 재료일 뿐만 아니라 고효율적 열광전발전 결정재료이기도 하다. 일상생활에서 도시쓰레기 소각시 열에너지가 발생되는데 그 방사열을 전기에너지로 전환시킬 수 있다면 친환경적이고도 경제적이다. 이를 위해서는 열광전발전 시스템이 필요하다. 열광전발전 시스템은 열광전발전기술—적외선 광발전 에너지전환기술에 기반하며 열원, 열방사체, 광학필터, 열광전지 등 4개 기본 부품으로 구성된다. 해당 시스템의 핵심부품인 열광전지는 열방사체가 방출하는 광자에너지를 효과적으로 이용할 수 있는데 광전전환 과정을 통해 전기에너지를 생성한다. InxGa1-xSb 삼성분 광전결정은 최적의 고효율 열광발전 전지 반도체 재료이다. 연구팀은 인듐과 갈륨의 구성비를 변화시키는 방법으로 밴드갭을 조절함으로써 다양한 스펙트럼의 방사에너지를 충분히 흡수함과 아울러 높은 열광발전 전환효율을 달성했다. 쓰레기 소각시 다양한 파장의 스펙트럼이 방출되는데 삼성분 광전결정의 인듐 함량이 약 11%에 도달시 최대 범위에서 상기 스펙트럼을 흡수할 수 있다. InxGa1-xSb 삼성분 광전결정의 고체액체 선분리는 비교적 넓고 지구중력대류의 작용에 의해 쉽게 성분 편석(segregation)을 발생하기에 현재 지상에서 인듐함량이 3%인 InxGa1-xSb 삼성분 광전결정 밖에 성장시킬 수 없다. 이는 열광발전 시스템에서의 응용을 제한한다. 다년간 국내외에서 일련의 InxGa1-xSb 결정 우주 성장 실험을 수행했지만 인듐 함량이 높은 InxGa1-xSb 삼성분 광전결정은 제조하지 못했다. 연구팀은 일본우주과학연구소와 공동으로 3년간 지상 매칭 실험 후 우주 결정성장 실험을 수행했다. 연구팀은 우주 결정 성장을 위해 맞춤형 내충격 성장 앰풀(growth ampoule)을 설계해 로켓 발사시의 가속도를 견뎌냈다. 또한 전자현미경, 전자탐침, 전자후방산란회절기 등 설비를 사용해 성장시킨 결정을 체계적으로 분석했다. 최종적으로 우주 미세중력 조건에서 인듐 함량이 높고 성분 분포가 균일하며 일치한 InxGa1-xSb(x=0.11) 삼성분 광전결정을 획득했음을 확인했다. 향후 연구팀은 우주 파라미터를 이용해 우주 성장의 메커니즘을 연구함과 아울러 지상에서 동일 농도 인듐 함량의 삼성분 광전결정을 제조해 응용전환의 원가를 절감할 계획이다. 정보출처 : http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2019/4/425485.shtm |
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