납 사용하지 않은 고품질 '페로브스카이트' 합성 기술 개발

원천기술 활용 기술 응용 및 상업화 획기적 계기

해당 페로브스카이트 나노소재의 광학적 특성을 보여주는 결과

[아시아경제 김철현 기자] 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 기능성복합소재연구센터 김태욱 센터장 연구팀이 전남대학교 이상현 교수 연구팀과 공동연구를 통해 인체에 유해한 납을 사용하지 않고 차세대 태양전지 재료로 각광 받는 나노소재인 '페로브스카이트'를 합성하는 방법을 개발했다고 23일 밝혔다.

페로브스카이트는 육방면체의 특별한 구조를 가진 반도체 물질이다. 빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있어서 고체 상태의 조명, 레이저 등의 산업 분야에 응용되고 있으며 최근에는 태양전지 산업에서도 크게 주목 받고 있다. 하지만 현재까지의 연구는 페로브스카이트의 합성된 나노 구조체의 성능 극대화를 위해 납 성분을 활용하고 있다. 인체 및 환경에 유해한 납 성분이 들어가지 않은 합성법의 개발이 필수적으로 해결해야할 우선 과제인 셈이다.

이에 KIST 연구팀은 다양한 시도 끝에 유해한 납 대신 희토류계 원소인 '이터븀'을 사용해 고품질, 고균일도를 가지는 페로브스카이트 나노소재 합성에 성공했으며, 이를 활용해 고성능 광검출기 소자를 제작한 결과를 보고했다. 또한 연구팀은 극저온 분광학적 방법을 통해 합성된 '이터븀' 기반 페로브스카이트 나노소재의 전하 운반체 동력학 메커니즘을 분석해 해당 소재가 갖는 우수한 양자 효율과 더불어 좁은 파장 너비에 대한 원리를 효과적으로 규명할 수 있었다.

김태욱 센터장은 "이번 연구는 납이 들어가지 않은 페로브스카이트 나노소재 연구에 대한 새로운 활로를 제시함과 더불어 해당 원소재의 응용 및 상업화를 위한 획기적인 계기가 될 것"이라고 말했다. 이번 연구 성과는 재료화학 분야의 권위지인 '어드벤스드 머터리얼스' 최신호에 게재됐다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr