기계연-KAIST 양자점 안정화 비밀 풀었다

차세대 태양전지 소재인 황화납 양자점의 안정성에 대한 비밀이 국내 연구진에 의해 풀렸다.

한국기계연구원(원장 최태인) 나노역학연구실 정소희 박사 연구팀은 KAIST 나노과학기술대학원 김용현 교수팀과 공동으로 양자점 크기가 3.5㎚ 이상으로 커지면 산소나 물 등과 접촉하는 공간이 발생해 산화하는 문제를 해결했다고 8일 밝혔다.

초소형 양자점 현미경사진(왼쪽)과 양자점 크기에 따른 대기 안정성과 양자점 모양의 상관관계를 그림으로 나타냈다.
<초소형 양자점 현미경사진(왼쪽)과 양자점 크기에 따른 대기 안정성과 양자점 모양의 상관관계를 그림으로 나타냈다.>

양자점은 크기에 따라 광흡수 파장이 달라지는 초미세 반도체 구조물이다. 광소자나 광전변환소자 제작, 바이오이미징 등의 분야에 활용된다.

문제는 양자점이 커지면 대기안정성이 현격히 떨어진다. 이를 기계연과 KAIST 연구진이 1.5㎚ 크기의 황화납 양자점을 합성하고 제어하는 방법을 찾아냈다.

연구진은 황화납 양자점의 크기에 따라 모양이 팔면체에서 육팔면체로 바뀌는 현상도 규명했다. 또 이러한 모양 변화가 양자점의 대기안정성에 직접 영향을 준다는 사실도 처음 밝혀냈다.

이 연구결과는 화학분야 국제학술지인 `미국화학회지(JACS)`에 게재됐다.

정소희 선임연구원은 “저가·고효율의 차세대 광전변환소자로 각광을 받고 있는 양자점 태양전지 기술의 난제가 풀린 셈”이라며 “에너지 변환효율 6.5% 이상의 양자점 태양전지 제작을 시작했다”고 말했다.

공동 연구자인 김용현 교수는 “지난 10여년간 잘 알려져 있지 않은 황화납 양자점 표면의 미시적인 형성 원리를 실험-이론 공동연구를 통해 세계 최초로 규명한 것”이라고 말했다.

대전=박희범기자 hbpark@etnews.com