[이데일리 신하영 기자] 고려대·영남대 공동연구팀이 나노 반도체 입자를 정밀하게 제어, 적외선을 전기로 바꾸는 고효율 단파적외선 광에너지변환소자를 개발했다.

고려대는 백세웅 화공생명공학과 교수팀이 영남대 정유진 교수팀과의 공동 연구에서 이러한 성과를 얻었다고 5일 밝혔다. 이번 연구 결과는 에너지 분야 저명 국제학술지(Advanced Functional Materials)에 게재됐다.

적외선은 태양광 에너지의 약 절반을 차지하며 차세대 광소자의 핵심 활용 대상이다. 하지만 결정성 반도체에 의존하는 현재의 상용 적외선 소자는 고온·진공 장비가 필요한 저생산성 공정 탓에 대량 생산이 어렵다.

이에 용액 공정으로 찍어낼 수 있는 콜로이드 양자점이 저비용 대안으로 주목받고 있다. 그러나 적외선을 흡수할 수 있도록 양자점의 크기를 균일하게 키우면서도 표면 결함 없이 만드는 일은 매우 까다로웠다.

연구팀은 반응성이 낮은 싸이오요소(Thiourea) 전구체를 사용해 크고 균일한 양자점을 안정적으로 합성했다. 다만 이때 불필요한 유기물(아민)이 남아 소자 성능이 오히려 떨어졌고, 연구팀은 브롬화수소(HBr) 리간드를 도입해 이 문제를 해결했다.

백세웅 교수는 “이번 연구는 양자점 합성부터 표면 처리까지 전 과정을 하나의 전략으로 통합, 고가의 진공 공정에 의존하던 적외선 광소자를 저비용 용액 공정으로 구현한 것”이라며 “라이다(LiDAR), 광통신, 야간·의료 영상 등 다양한 적외선 광소자에 폭넓게 활용될 수 있는 소재 설계 전략이 될 것”이라고 밝혔다.

정유진 교수는 “이번 연구는 합성 단계에서 양자점 입자 성장을 안정적으로 조절하고 그에 맞는 표면 처리로 적외선 흡수부터 전하 이동까지의 손실을 크게 줄였다”며 “이는 기존 소자가 활용하지 못한 에너지를 전기로 전환하는 우주용 태양광 등 차세대 활용처의 문을 여는 성과”라고 설명했다.