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. 천안시, 27일부터 '고유가 피해지원금' 신청 접수 가능해요
  2. [문화 톡] 서양화가 이철우 작가의 또 다른 변신
  3. 유퀴즈부터 한화이글스, 늑구빵까지! 늑구밈 패러디 폭주 '대전은 늑구월드'
  4. 대전 동부서, 길고양이 토치 학대한 70대 남성 구속영장
  5. 충남대병원, 폐암 정밀진단 첨단 의료장비 도입…조기진단으로 생존율 기대
  1. [4월 21일 과학의 날] "연구에만 몰입할 수 있는 연구행정 혁신 필요"
  2. "대학 줄 세우는 졸속 정책"…전국 국공립대 교수 '서울대 10개 만들기' 개선 촉구
  3. 대전경찰청, '우회전 일시정지 단속' 2주 계도 후 집중단속
  4. 대전시립손소리복지관·더젠병원 청각장애인 복지 증진 위한 정기후원 협약
  5. 한국유네스코대전협회 임원 수원화성 세계문화유산 탐방

헤드라인 뉴스


‘백제왕도 특별법’ 세번째 도전… 22일 법사위 심사 통과여부 촉각

‘백제왕도 특별법’ 세번째 도전… 22일 법사위 심사 통과여부 촉각

충청인의 뿌리이자 고대 삼국시대에서 가장 문화적으로 번창했던 백제의 옛 도읍을 재현하기 위한 노력이 국회에서 결실을 맺을지 주목된다. 두 차례 폐기됐던 '백제왕도 핵심유적 보존·관리에 관한 특별법안'이 세 번째 도전 끝에 법제사법위원회 단계까지 올라서면서 공주·부여·익산을 잇는 역사 도시 구상이 현실화될 수 있을지 관심이 쏠린다. 21일 정치권과 국가유산청 등에 따르면, 박수현 의원(더불어민주당·충남 공주부여청양)이 지난해 10월 발의한 '백제왕도 핵심유적 보존·관리에 관한 특별법안'이 22일 법사위 심사를 앞두고 있다. 이르면 2..

늑구 관련 마케팅 `활발`... 늑구빵부터 AI합성 `밈`까지
늑구 관련 마케팅 '활발'... 늑구빵부터 AI합성 '밈'까지

대전 오월드 동물원에서 탈출했다가 포획된 늑대 '늑구'에 대한 유통업계의 시선이 뜨거워지고 있다. 지역 빵집에선 늑구를 모티브로 한 '늑구빵'이 등장했고, 온라인상에선 대전과 늑구를 조합한 '밈' 현상도 나타나는 등 관련 마케팅이 붐처럼 일고 있다. 21일 업계에 따르면, 대전지역 빵집인 하레하레는 최근 동물원에서 탈출해 포획된 늑대 늑구를 빵으로 늑구빵을 출시했다. 하레하레 대전 도안점에서 오전 11시와 오후 3시 50개 한정해 판매하고 있다. 또 일부 개인 제과점 등에서도 늑구를 형상화한 빵을 진열해 판매하면서 SNS 등에서 화..

`중동전쟁 파고 넘었다` 코스피 6388.47 신고점 경신
'중동전쟁 파고 넘었다' 코스피 6388.47 신고점 경신

중동전쟁 충격으로 한때 5000선까지 내려앉았던 코스피가 두 달 만에 전고점을 돌파하며 신고점을 경신했다. 미국과 이란의 종전 협상이 마무리되진 않았지만, 반도체 산업을 중심으로 이익 성장 기대감이 투자 심리를 자극했다. 21일 한국거래소에 따르면 코스피는 전 거래일 대비 169.38포인트(2.72%) 오른 6388.47에 거래를 마치며 신고점을 경신했다. 전쟁 발발 직전인 올해 2월 27일 기록한 장중 사상 최고치(6347.41)를 단숨에 돌파한 것이다. 원·달러 환율도 하락세를 보였다. 이날 서울 외환시장에서 원·달러 환율은 전..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 실전 같은 소방훈련 실전 같은 소방훈련

  • 도심 속 눈길 사로잡는 영산홍 도심 속 눈길 사로잡는 영산홍

  • 대전오월드 재창조 사업 중단 및 전면 재검토 촉구 기자회견 대전오월드 재창조 사업 중단 및 전면 재검토 촉구 기자회견

  • 오늘부터 우회전 일시정지 위반 집중 단속…‘꼭 멈추세요’ 오늘부터 우회전 일시정지 위반 집중 단속…‘꼭 멈추세요’