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. 충남신보, 천안-아산 소상공인에 특례보증 지원
  2. "서산 관광 캐릭터, 가티&오슈 만나러 오세요!", 여름테마파크서 관광객 사로잡아
  3. KAIST 부설 한국과학영재학교 교장에 김도경 KAIST 명예교수 선임
  4. 대전시 "선도지구 2차 선정 공모 또는 제안 방식으로"… 두 방식 차이점은?
  5. '피지컬AI 1㎜ 에러를 잡아라' 대전창업포럼서 스타트업 '주목'
  1. 세종시 교통신호, '내비게이션'으로 미리 본다
  2. 충남교육청, 학교 조리실 종사자에 방진마스크 지급 논란 확산… 정치권 "보여주기식 땜질 멈춰라"
  3. 대전중수청 '대전 이전' 속도… 행안부 차관 "내년 설계비 반영" 확답
  4. 대전보훈병원, 심평원 약제급여 적정성 평가 '1등급'
  5. 중장년 재취업을 향한 열기

헤드라인 뉴스


[기획] 시립 소극장 등 건립 하세월… 시민 `문화 갈증` 해소가 우선

[기획] 시립 소극장 등 건립 하세월… 시민 '문화 갈증' 해소가 우선

'문화예술 도시 세종'을 향한 청사진은 화려하지만, 현실은 녹록지 않다. 지역 예술 꿈나무들은 설 무대를 찾지 못해 인근 타 도시로 향하고, 시민들은 문화공연을 즐길 시설이 부족해 문화 향유에 목말라 있다. 여기에 재정난으로 주요 문화시설 건립까지 지연되면서, 세종의 문화예술 인프라가 도시의 성장 속도를 따라가지 못하고 있다는 지적이 나온다. 세종은 언제쯤 행정수도를 넘어 시민 누구나 문화를 누리고 예술가가 지역에서 꿈을 펼칠 수 있는 도시로 나아갈 수 있을까. 세종 문화예술 인프라의 현주소와 과제를 3차례에 걸쳐 들여다본다. <편..

무수익여신 늘어나는 시중은행... 연체율 느는 대전 기업·가계대출도 적신호
무수익여신 늘어나는 시중은행... 연체율 느는 대전 기업·가계대출도 적신호

주요 시중은행에서 돈을 빌리고 이자를 내지 못하는 가계와 기업 비율이 코로나19 이후 최고 수준에 달하고 있다. 대전 시중은행에서도 기업·가계대출 연체율이 급격히 치솟고 있는데, 기준금리 인상 기조까지 더해지면서 한계 차주들이 더 늘어날 전망이다. 12일 금융권에 따르면 5대 은행(KB국민·신한·하나·우리·NH농협)의 올 2분기 말 무수익여신 잔액은 총 6조 4108억원으로 집계됐다. 2025년 말(5조 65억원)보다 28.0% 증가했다. 이들 은행의 무수익여신 잔액이 6조원을 넘은 것은 이번이 처음이다. 5대 은행의 전체 여신에서..

4개국 신임 주한 상주대사, 이 대통령에 신임장 제출
4개국 신임 주한 상주대사, 이 대통령에 신임장 제출

미국과 포르투갈, 아랍에미리트, 아일랜드 신임 주한대사들이 12일 이재명 대통령에게 신임장을 제출했다. 이 대통령은 이날 오전 청와대에서 열린 신임장 제정식에서 신임 주한 상주대사 4명으로부터 신임장을 제출받았다. 신임장은 파견국의 국가 원수가 자국의 신임대사에게 수여한 것으로, 주재국 국가 원수에게 전달하는 문서다. 신임장을 제정한 대사는 미셸 스틸 주한 미국대사와 반다 마리아 디아스 스텔제르 세케이라 주한 포르투갈대사, 자말 압둘라 모하메드 빈 압둘와합 알 수와이디 주한 아랍에미리트대사, 숀 호이 주한 아일랜드대사다. 이 대통령..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 대전 가장교 시멘트 떨어짐 현상…시민들 안전 ‘위협’ 대전 가장교 시멘트 떨어짐 현상…시민들 안전 ‘위협’

  • ‘무궁화 축제에서 나라사랑 의미 되새겨요’ ‘무궁화 축제에서 나라사랑 의미 되새겨요’

  • 폭염에 농작물도 피해 폭염에 농작물도 피해

  • 중장년 재취업을 향한 열기 중장년 재취업을 향한 열기