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. 대전 한 학교서 학생 등 19명 구토·발열 증상
  2. 우주산업 클러스터 3축 대전 '우주기술혁신인재양성센터' 구축 어디까지?
  3. 김태흠 충남 원팀 행보… "연대 강화로 지방선거 승리"
  4. 광주 사건 이후 판암동 흉기 살해 전례에 경찰 예방활동 강화
  5. 제2형 당뇨병 연구 충남대병원 연구팀, 대한당뇨병학회 우수 구연상
  1. 충청권 345㎸ 송전선로 입지선정 논의 한 달간 보류
  2. 대전기상청, 초등생 대상 기후위기 대응 콘테스트 개최
  3. 충남개발공사-충남연구원, 지역균형개발 협력체계 구축
  4. [내방] 성광진 대전교육감 예비후보 등
  5. '5월 23~29일 우주항공주간' 항우연 등 전국 연구시설 개방… 23일 대전서 선포식

헤드라인 뉴스


박수현 "내란세력 청산" vs 김태흠 "독재막는 투쟁"…지선 승리 다짐

박수현 "내란세력 청산" vs 김태흠 "독재막는 투쟁"…지선 승리 다짐

6.3 지방선거 충남도지사 후보들이 지선 승리를 위해 각오를 다졌다. 박수현 더불어민주당 후보는 "내란 세력 청산을 위한 중요한 선거"라며 지선 승리를 강조했으며, 김태흠 국민의힘 후보는 이번 선거에 대해 "일꾼 뽑는 선거이자 독재 막는 투쟁"이라며 반드시 승리할 것을 다짐했다. 민주당은 12일 충북 청주 엔포드호텔에서 대전·세종·충북·충남 공천자대회를 열고 지방선거 승리를 결의했다. 이날 박수현 민주당 충남지사 후보 또한 공천자 대회에 참석해 내란 세력 청산 등을 위한 승리를 다짐했다. 박 후보는 "내란 세력을 청산하고 새로운 대..

지방선거 앞두고 들끓는 행정통합 여론…대전시의회 민원 100배 폭증
지방선거 앞두고 들끓는 행정통합 여론…대전시의회 민원 100배 폭증

6·3 지방선거를 20여 일 앞두고 대전 시민들의 관심이 지방선거를 앞두고 '대전·충남 행정통합'에 집중되고 있는 것으로 나타났다. 대전시의회에 접수된 시민 민원 가운데 가장 많은 비중을 차지 하고 있는 데 따른 것이다. 개인의 생활에 직결된 사안이 아닌 지역 정체성과 지방정부 재편 이슈에 여론이 크게 반응하고 있는 것으로 주목된다. 12일 대전시의회에 따르면, 올해 1분기(1~3월) 접수된 민원은 총 1665건으로 집계됐다. 지난해 같은 기간 14건과 비교하면 1년 새 100배 넘게 폭증한 수치다. 특히 전체 민원 가운데 1621..

안전공업 대화공장도 `안전 사각지대`… 산안법 위반사항 `무더기 적발`
안전공업 대화공장도 '안전 사각지대'… 산안법 위반사항 '무더기 적발'

73명의 인명 피해를 낸 안전공업(주)의 주요 사업장에서 산업안전보건법 위반 사항이 무더기로 적발됐다. 화재가 발생한 문평공장에 이어 대전산업단지 내 대화공장에서도 다수의 위반 사항이 확인되면서 사업장 곳곳이 안전 사각지대에 방치돼 있던 것으로 드러났다. 대전지방고용노동청(청장 마성균)은 12일 안전공업 대화공장을 대상으로 산업안전 근로감독을 실시한 결과 사법처리 32건, 과태료 부과 29건(약 1억 2700만 원), 시정개선 9건 등 총 70건의 법 위반 사항을 적발했다. 안전공업은 지난 3월 20일 대덕구 문평동 소재 문평공장에..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 부처님 오신 날 앞 ‘형형색색 연등’ 부처님 오신 날 앞 ‘형형색색 연등’

  • 제9회 전국동시 지방선거 선거인명부 작성 시작 제9회 전국동시 지방선거 선거인명부 작성 시작

  • 대전시장 허태정 후보 선대위 참석, 이장우 후보 문화산업 정책 발표 대전시장 허태정 후보 선대위 참석, 이장우 후보 문화산업 정책 발표

  • 공용자전거 타슈에 시민들 통행 ‘불편’ 공용자전거 타슈에 시민들 통행 ‘불편’