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. 세종시교육감 후보 4자 구도 판세, 여전히 혼조세
  2. 고즈넉한 사찰 답사부터 도심 야경까지… 석가탄신일 맞이 식장산 나들이
  3. [날씨] 25일까지 낮 기온 30도 안팎…26일부터 많은 비
  4. 천안과학산업진흥원, '디지털 융합 K-ESG 혁신 표준화 포럼' 킥오프 회의 개최
  5. 한기대, 이원익 선생 유적지 탐방...청렴을 배우다
  1. 천안시, 안서동 대학가 청년 프로그램 '더 체이서' 성료
  2. 백석문화대, 2026학년도 학생홍보대사 19기 위촉식 개최
  3. 천안법원, 술에 취해 장례식 방해한 혐의 '벌금 100만원'
  4. 천안시, 데이터 기반 선제적 방역 나서… 맞춤형 방역 추진
  5. 천안동남경찰서, 민·경 협력 치안의 귀감 '남부자율방범대' 감사패

헤드라인 뉴스


반환점 향하는 공식선거전…與野 중원 혈투 점입가경

반환점 향하는 공식선거전…與野 중원 혈투 점입가경

6·3 지방선거 공식선거운동이 반환점을 향하는 가운데 최대 격전지인 충청권에서 승기를 잡기 위한 여야의 혈투가 점입가경이다. 하루가 멀다 하고 양당 지도부가 금강벨트를 찾아 내란청산과 정권견제 등 각각 프레임을 애드벌룬 띄우면서 현안 드라이브로 지역 표심에 읍소하고 있다. 충청에서 이겨야 선거에서 이긴다는 정치권 불문율을 되새기면서 최근 초접전 양상을 띠고 있는 충남에 특히 화력을 집중하고 있다. 더불어민주당 정청래 총괄상임선대위원장과 한병도 공동상임선대위원장은 25일 쌍끌이 충청 유세에 나섰다. 정 위원장은 충남 서천과 보령을 찾..

`200승` 류현진 앞세운 한화… 연승 타고 상위권 도전
'200승' 류현진 앞세운 한화… 연승 타고 상위권 도전

올 시즌 초반 리그 하위권 추락 위기에 놓였던 한화 이글스가 최근 연승 행진을 이어가며 상승세를 타고 있다. 특히 류현진은 24일 두산 베어스와의 경기에서 한국인 선수 최초로 한미 통산 200승이라는 위업을 달성했다. 한국인 투수가 프로 무대에서 200승을 기록한 것은 송진우(210승)에 이어 역대 두 번째다. 25일 KBO에 따르면 한화는 이날 기준 47경기에서 23승 24패, 승률 0.489의 성적으로 리그 5위에 올라 있다. 이달 초까지만 해도 불안정한 중심 타선과 불펜진의 부진으로 최하위권에 머물렀던 한화는 최근 경기력을 회..

대전 휘발유값 4주만에 리터당 2000원 밑으로… 세종·충남은 2000원대 유지
대전 휘발유값 4주만에 리터당 2000원 밑으로… 세종·충남은 2000원대 유지

대전지역 휘발유 평균 판매가격이 4주 만에 리터당 2000원 밑으로 떨어졌다. 반면, 세종과 충남은 여전히 2000원대를 유지하면서 지역별 가격 차를 보였다. 25일 한국석유공사 유가정보시스템 오피넷에 따르면 5월 셋째 주(17~21일) 대전의 휘발유 주간 평균 판매가격은 리터당 1999.69원으로 집계됐다. 같은 기간 세종은 2008.01원, 충남은 2015.27원을 기록했다. 대전과 세종의 가격 차는 리터당 8.32원, 대전과 충남의 격차는 15.58원이다. 대전의 휘발유 평균 판매가격은 4월 넷째 주 리터당 1998.42원을..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 야구인 만난 허태정 후보, 박근혜 전 대통령 만난 이장우 후보 야구인 만난 허태정 후보, 박근혜 전 대통령 만난 이장우 후보

  • 가정마다 배달된 선거공보물 가정마다 배달된 선거공보물

  • 대전지역 후보들 지원유세 나선 박근혜 전 대통령 대전지역 후보들 지원유세 나선 박근혜 전 대통령

  • 부처님 오신 날 분위기 고조시키는 봉축탑 부처님 오신 날 분위기 고조시키는 봉축탑