인하대 이문상 교수팀, 광전도 현상 극대화 매커니즘 확인

  • 전국
  • 수도권

인하대 이문상 교수팀, 광전도 현상 극대화 매커니즘 확인

플라즈모닉 핫전자 광전기적 활용 극대화 방법 ‘세계 최초'
라이다센서·이미지센서 등 차세대 에너지전환소자 길 열려

  • 승인 2024-10-02 13:28
  • 주관철 기자주관철 기자
사진1 (1)
박지향 인하대 신소재공학과 학생과 이문상 인하대 신소재공학과 교수/제공=인하대
인하대학교는 최근 이문상 신소재공학과 교수팀이 세계 최초로 핫전자를 통해 기존 광전도 특성의 한계를 극복할 수 있는 물리적 매커니즘을 확인했다고 2일 밝혔다.

광전소자는 빛에 반응하는 반도체 물질을 이용해 외부에서 들어오는 빛에너지(태양에너지)를 흡수해 전기 에너지로 변환하는 소자를 말한다. 태양전지나 라이다센서, 이미지센서 등에 활용되는 광검출기와 같은 다양한 응용 분야에 적용되어 무한한 자원인 태양에너지를 활용할 수 있지만 광흡수 능력과 에너지 전환효율의 한계로 광소자의 성능을 개선하는 데 어려움이 있었다.

많은 연구진은 광전환 효율을 증대시키기 위한 노력을 지속해 왔으며, 차세대 에너지 전환 개념인 핫전자를 이용한 광전소자에 대한 관심과 연구가 커지고 있다.

핫전자는 금속에 빛에너지를 내리쬘 때 표면에 만들어지는 고에너지전자로, 태양에너지를 핫전자의 흐름으로 변환해 전기에너지를 생산하는 데 활용된다. 이 과정에서 흡수된 빛에너지는 기존 광전소자와 달리 에너지 손실을 최소화하고, 전기 에너지로 전환된다는 장점이 있다. 문제는 핫전자는 수 피코 초(ps·1조 분의 1초)만에 소멸하고 확산 거리가 수십 나노미터(nm·10억 분의 1m)에 불과해 포집이 어렵다는 점에서 실제 적용에 제한적이다.

연구진은 핫전자를 광전소자에 활용하기 위해 단점은 최소화하고 장점을 극대화하는 방안을 구상했다. 플라즈몬 공명현상으로 발생된 핫전하를 반도체 점결함의 깊은 준위 내부에 포집해 광전지 효과(photovoltaic effect)와 광전도도(photoconductivity)를 향상시키면서 에너지전환효율을 극대화할 수 있는 방법을 제안했다.

연구진은 금을 이용한 금속 나노 구조체와 N형 질화갈륨을 이용해 플라즈몬 핫전자 기반의 금속·반도체 나노 다이오드를 제작했다. 그 결과 금속 나노 구조체에서 발생한 국소표면 플라즈몬 공명현상으로 인해 높은 운동에너지를 가진 핫전자가 생성됐고, 반도체 기판의 깊은 결함 준위에 효과적으로 포집됐다. 이를 통해 광전지 효과 와 광전도 특성이 향상하면서 핫전하 포집이 없는 소자에 비해 에너지 전환효율이 두 배 가량 증가할 수 있다는 사실을 실험적으로 밝혔다.

이번 연구는 매우 짧은 수명을 가진 플라즈모닉 핫전자의 실험적인 한계 속에서 체계적인 분석 방법으로 핫전자로 인한 광전기적 현상의 근본적인 원인을 확인했다는 평가를 받고 있다.

또한 광촉매 응용 분야에 국한됐던 핫전자 연구를 광전자 분야에 적용할 수 있는 가능성을 직접적으로 보여줘 응용 분야를 확대시켰다는 평도 받았다. 연구 결과는 차세대 고효율 반도체 소자, 광전자소자, 광촉매 개발의 가능성을 높일 것으로 기대된다.

이문상 인하대 신소재공학과 교수는 "핫전자의 광전소자 응용 잠재력을 제안하는 연구로, 앞으로 핫전하 기반 차세대 에너지 변환 소자 발전에 기초적 토대가 될 수 있는 중요한 연구라고 생각한다"라고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 재료공학 분야의 세계적인 학술지인 Nano Letters 온라인판에 표지논문으로 선정돼 최근 게재됐다. 공동 1저자로 박지향 인하대 신소재공학과 학생과 박유진 텍사스대학교 오스틴캠퍼스 박사가 이름을 올렸으며, 이문상 교수와 김은규 한양대 교수가 공동교신저자로 함께 했다. 인천=주관철 기자 orca2424002@

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. [독자권익위원 칼럼] 클래리티 법안과 스테이블 코인
  2. 중수청 수사인력 충원 윤곽나오나… 대전중수청 직급별 인원은 아직
  3. 대전 경찰직협, 강제 순환인사 반대 "전국 움직임 더 커질 것"
  4. 천안종축장이전개발추진위, 민선 9기 출범 맞아 국가산단 성공 완수 '결의'
  5. 대전 ‘국가 반도체종합연구소’ 유치 승부수…차세대 반도체 선도 거점 노린다
  1. 중국 광둥성·구이저우성, 문화·관광 협력 기반 확대
  2. 충남도 공무원 사칭 피해, 산하기관까지 번져… 주의 요구
  3. 충남개발공사, 혹서기 현장안점 점검 실시
  4. 충남도, '기후살인 방지 특별 TF' 본격 가동
  5. 대전 중소병원 신축·확장 등 변화 잇달아…31년 전통 연합정형외과 '변화'

헤드라인 뉴스


대전 ‘국가 반도체종합연구소’ 신설 건의… 반도체 선도 거점 노린다

대전 ‘국가 반도체종합연구소’ 신설 건의… 반도체 선도 거점 노린다

대전시가 30일 차세대 반도체 글로벌 시장을 선도하는 메카로 부상하겠다는 비전을 제시하면서 정부에 '국가 반도체종합연구소' 지역 내 신설을 촉구했다. 과학수도 대전의 최적인 반도체 R&D 역량을 내세워 이재명 정부 반도체 산업 연구개발 거점으로 우뚝 서겠다는 것이다. 대전시의 이 같은 구상은 얼마 전 정부의 '반도체 굴기' 대형 국책사업인 3대 메가 프로젝트에서 배제돼 미래산업 경쟁에서 뒤처지는 것 아니냐는 우려를 불식하고 주도권을 쥐기 위한 승부수로 풀이된다. 중도일보 취재 결과, 이날 오후 대전 유성구 나노종합기술원에서 열린 한..

주말에도 35도 안팎 `찜통더위`… 다음 주 충청권 더 뜨거워진다
주말에도 35도 안팎 '찜통더위'… 다음 주 충청권 더 뜨거워진다

대전·세종·충남에 내려진 폭염특보가 주말에도 이어지면서 낮에는 35도 안팎의 찜통더위가, 밤에는 열대야가 나타나는 곳이 많겠다. 당분간 뚜렷한 비 소식 없이 맑은 날씨가 이어지는 데다 다음 주에는 동쪽에서 뜨겁게 달아오른 바람까지 불면서 충청권의 더위가 한층 심해질 전망이다. 30일 대전지방기상청에 따르면 이날 오전 11시 기준 대전과 세종, 충남 전 지역에 폭염특보가 발효 중이다. 충남 부여·청양·태안과 세종 남부에는 폭염경보가, 대전과 세종 북부를 비롯한 충남 나머지 지역에는 폭염주의보가 내려졌다. 대전과 충남 일부 지역에는 밤..

2026년도 시공능력평가, 대전 1위 계룡건설… 장원토건 전국 순위 큰폭 상승
2026년도 시공능력평가, 대전 1위 계룡건설… 장원토건 전국 순위 큰폭 상승

충청권 향토 건설사인 계룡건설산업(주)이 올해 시공능력평가에서 대전지역 1위를 차지했다. 2위는 (주)금성백조주택, 3위는 파인건설(주)이 이름을 올렸다. 유성구에 본사를 둔 장원토건(주)은 전국 순위가 큰 폭으로 상승하며 지역 건설사 중 가장 눈에 띄는 성장세를 보였다.국토교통부와 대한건설협회는 전국 종합건설업체를 대상으로 공사실적, 재무상태, 기술능력, 신인도 등을 종합평가한 '2026 시공능력평가'를 발표했다.대전에선 계룡건설산업이 시평액 3조 1064억원으로 1위를 차지했다. 계룡건설은 전년보다 1312억 원 증가, 처음으로..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 과태료 부과 무시한 채 불법광고물 부착 과태료 부과 무시한 채 불법광고물 부착

  • 한성숙 총리, ‘충청권을 반도체 성장축으로’ 한성숙 총리, ‘충청권을 반도체 성장축으로’

  • 민선9기 재정혁신 발표하는 허태정 대전시장 민선9기 재정혁신 발표하는 허태정 대전시장

  • ‘더위 조심하세요’ ‘더위 조심하세요’