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. 아산시 온양6동 온주마을, 국토부 '우리동네 살리기 프로젝트' 선정
  2. 지역 안전문화 확립 업무협약 체결
  3. 아산신협, 장학금 400만원 쾌척
  4. 아산시, 교육 지원체계 전면 개편
  5. 순천향대천안병원 이한유 센터장, 엘살바도르 산모·신생아 응급의료 역량 강화 지원
  1. 천안시복지재단, 천안ESG거버넌스협의체와 환경정화 캠페인 나서
  2. 천안시, 일본뇌염 '예방접종·예방수칙' 준수 당부
  3. 천안시, 일본 도쿄 기계요소기술전 참관…관내 중소기업 탐방단 파견
  4. 충남교육청평생교육원, 독서전문가과정 수강생 '전원 자격증 취득' 쾌거
  5. 천안시, 1인 자영업자 고용보험료 지원 신청 당부

헤드라인 뉴스


[르포] "지하 파고, 흙더미 쌓인 트램 공사장"… 폭우 앞둔 대전 도심

[르포] "지하 파고, 흙더미 쌓인 트램 공사장"… 폭우 앞둔 대전 도심

7월 3일 금요일 오후 5시 50분, 퇴근 시간이 한창인 대전 중구 오류동 인근. 왕복 도로는 트램 12공구(유천동 버드내아파트~문창동 보문교) 공사로 차로 폭이 줄어든 상태였다. 여기에 퇴근 차량까지 몰리면서 긴 정체가 이어졌다. 신호가 바뀌어도 차량들은 좀처럼 앞으로 나아가지 못했고 도로 위에는 경적소리가 끊이지 않았다. 인도에는 '버스정류장 이용 불가. 100m 앞 임시정류장을 이용해 달라'는 안내판이 세워졌다. 공사장 외곽은 건설사 이름이 적힌 대형 가림막으로 둘러싸였고 가림막 사이로 들여다본 공사장 내부에는 깊게 파인 굴착..

대전지역 주유소 판매가격 `로켓과 깃털 효과` 확인
대전지역 주유소 판매가격 '로켓과 깃털 효과' 확인

대전지역 주유소들이 판매가격이 오를 때에는 빠르게 반영하고, 내릴 땐 더딘 이른바 '로켓과 깃털 효과'가 확인돼 소비자들의 불만 이 커지고 있다. 중동전쟁 발발 직후 휘발유와 경유 가격이 1주일 사이 리터당 각각 241원, 354원 급등한 반면, 정부가 석유제품 최고가격을 인하 조정한 이후 하락 폭은 100원 수준에 그쳤기 때문이다. 다만, 전국 평균보다는 빠르게 인하된 것으로 나타났다. 5일 한국석유공사 유가정보시스템 오피넷에 따르면, 대전지역 휘발유 평균 판매가격은 중동전쟁이 발생한 2월 28일 리터당 1677.81원에서 1주일..

충청권 목돈 저축성예금에 쏠렸다... 투자보단 안전자산에 집중
충청권 목돈 저축성예금에 쏠렸다... 투자보단 안전자산에 집중

주식 시장의 널뛰기가 계속되고 은행 예금 매력도가 높아지자 충청권 금융시장 자금 흐름이 저축성예금으로 모이고 있다. 언제든 통장에 넣고 뺄 수 있는 요구불예금은 감소하고, 예·적금 등 비교적 안전한 금융상품에 가입한 지역민들이 많아진 것인데, 불안한 시장 상황에 안전한 이자수익을 노리는 이들이 많아졌기 때문으로 해석된다. 5일 한국은행 대전세종충남본부의 '2026년 4월 중 대전·세종·충남 금융기관 여수신 동향'에 따르면 대전·세종·충남 시중은행 요구불 예금은 1847억원 줄고, 저축성예금은 6978억원 증가한 것으로 집계됐다. 지..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 장맛비 내리는 대전 장맛비 내리는 대전

  • 가족사랑 금요장터서 농산물 구입 가족사랑 금요장터서 농산물 구입

  • 이재명 대통령, 충청권 첨단산업 발전비전 국민보고회 참석 이재명 대통령, 충청권 첨단산업 발전비전 국민보고회 참석

  • ‘개문냉방 안돼요’ ‘개문냉방 안돼요’