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. 세종 명학산단, 삼성 8조 투자 본격화…"물 늘리고 땅 넓히고"
  2. 선화동 대전중수청 신청사, 옆 노후청사까지 복합개발 할까
  3. 컨텍, 광통신 위성데이터 수신 상용화 나선다…전략적 협력 확대
  4. [월요논단] 국립대 등록금 무료정책, 지방시대의 서막(序幕)
  5. 지역 국립대 수시 경쟁률 상승…‘등록금 전액 지원’ 기대감 영향”
  1. 고속도로 터널 사고 10건 중 4건 ‘다중추돌’…경고체계 강화 시급
  2. [2027 수시로 간다-대학의 색, 미래의 선택] 대전과기대 'Good To Great' 86년 전통위에 미래를 더하다
  3. 충남대·공주대 통합신청서 ‘부결’…통합 논의는 계속된다
  4. 한국수자원공사 충주댐지사, 충주호에 토종 쏘가리 치어 8만 미 방류
  5. 대전 서대전육교서 오토바이 교명주 충돌… 40대 운전자 숨져

헤드라인 뉴스


갤러리아 타임월드 매각된다?…지역 유통업계 `술렁`

갤러리아 타임월드 매각된다?…지역 유통업계 '술렁'

대전 지역 백화점 터줏대감인 한화갤러리아 타임월드 '매각설'이 확산하면서 지역 유통업계가 술렁이고 있다. 최근 유성구 도룡동 한화갤러리아 타임월드 VIP 고객 전용 공간인 '메종 갤러리아 대전'이 운영을 종료한 데 이어 타임월드마저 매각설이 나오자 일각에선 한화갤러리아가 지역에서 손을 떼는 게 아니냐는 관측도 나온다. 14일 유통업계 등에 따르면 한화갤러리아 타임월드 지분 매각설이 거론되고 있다. 지분 매각은 타임월드 소유 부동산과 경영권 등을 모두 포함한 매각을 말한다. 타임월드는 천안과 진주 등 한화갤러리아 백화점 점포 중 유일..

은행권 마통 70조원 육박... 투자 열풍 불던 2021년보다 늘었다
은행권 마통 70조원 육박... 투자 열풍 불던 2021년보다 늘었다

은행권 마이너스통장 대출 잔액이 올해 들어 7월 말까지 6조 원 넘게 늘어 70조 원에 육박한 것으로 나타났다. 코로나19 확산 이후 저금리에 투자 열풍이 불었던 2021년 말 수준으로 대출 잔액이 늘어난 가운데 금리는 당시보다 크게 높아져 차주들의 이자 부담도 무거워진 상황이다. 14일 국회 정무위원회 소속 국민의힘 박성훈 의원이 금융감독원에서 제출받은 자료에 따르면, 국내 은행의 7월 말 마이너스통장 대출잔액은 69조 7283억 원으로 집계됐다. 2025년 말 63조 6409억 원보다 6조 874억 원(9.6%) 증가했다. 이는..

"대전엔 국립미술관 언제?"…국립현대미술관 대전관, 2027년 예산 ‘0원’
"대전엔 국립미술관 언제?"…국립현대미술관 대전관, 2027년 예산 ‘0원’

2025년 완공을 목표로 추진되던 국립현대미술관 대전관 건립사업이 타당성 재조사에 발목이 잡히면서 속도를 내지 못하고 있다. 타당성 재조사 장기화로 총사업비가 확정되지 않으면서 내년 본예산에도 사업비가 반영되지 않았고, 당초 계획했던 준공 일정 역시 불투명해진 상황이다. 연내 타당성 재조사가 마무리될 예정이지만 이후 사업 추진을 위한 예산 확보까지 상당한 시간이 걸릴 수 있어 조속한 대응이 필요하다는 지적이다. 14일 취재에 따르면 2027년 정부 예산안에 국립현대미술관 대전관(국립미술품수장보존센터) 관련 예산이 담기지 않은 것으로..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘대한민국의 情을 보냅니다’ ‘대한민국의 情을 보냅니다’

  • 경영악화로 폐업하는 대전서남부터미널 경영악화로 폐업하는 대전서남부터미널

  • 육아하는 아빠의 모습 ‘최고’ 육아하는 아빠의 모습 ‘최고’

  • 추석맞이 대청소…‘거리를 깨끗하게’ 추석맞이 대청소…‘거리를 깨끗하게’