반도체 활용에 적절한 밴드갭과 높은 전도성 가져…Chem 8월 30일자 발표 가볍고 잘 휘어지는 ‘유기 반도체’를 실제 반도체 소자에 응용할 가능성이 열렸다. 실리콘 같은 ‘무기 반도체’에 못 미치던 성능을 보완한 새로운 ‘2차원 유기 반도체 소재’가 합성된 덕분이다. UNIST 에너지화학공학과 백종범 교수팀은 ‘방향족 고리화 반응’을 통해 ‘HP-FAN 2차원 유기 고분자 구조체’를 합성했다. 이 물질은 반도체로 활용하기 적절한 ‘밴드갭(Band-gap)과 높은 점멸비(On/off), 전하이동도(Mobility)’를 가지고 있어 실제 반도체 소자로 활용이 가능할 전망이다. 현재 사용 중인 ‘실리콘 반도체(무기 반도체)’는 딱딱하고 무거워 ‘돌돌 말리는 디스플레이’나 ‘입는 전자기기’에 적용하는 데 한계가 있다. 이를 대체할 반도체 물질로 가볍고 유연하며 단단하고 전기가 잘 통하는 ‘그래핀’이 주목받았으나 그래핀의 밴드갭이 너무 작아 점멸비가 낮고 결국은 반도체 내에서 전류 흐름을 통제하기 어렵다는 문제가 있었다. 그래핀처럼 유연하고 가벼울 뿐 아니라 공정비용이 낮고 물성 조절이 쉬운 ‘유기 반도체’ 연구가 활발히 진행 중이지만, 유기 반도체 역시 소재 내부
지스트, 장시간 성능 유지되는 금속 캡슐화된 유기 반도체 광음극으로 모듈 개발 국내 연구진이 비교적 저렴하고 효율적인 유기 반도체 기반 광전극을 활용하여 장시간·대량 수소 생산이 가능한 대면적의 모듈 시스템을 개발했다. 태양열을 이용해 이산화탄소 배출 없이 수소를 효율적으로 생산하는 친환경 광전기화학(光電氣化學) 물분해 기술, 이른바 ‘그린(green) 수소’ 생산 기술의 효율성 향상과 안정성 개선을 통해 실용화를 앞당기는 데 기여할 것으로 기대된다. 유기 반도체는 다른 반도체 소재에 비해 비교적 저렴하고 다양한 공정 방법을 가지고 있어 대규모·대면적 생산에 용이하고 에너지 전환 효율이 높아 유망한 광전극 소재로 꼽힌다. 그러나 유기 물질 자체가 수분에 취약해 광전기화학 물분해를 통한 수소 생산 실용화를 위해서는 유기 반도체 성능의 큰 저하 없이 장시간 구동하게 하는 기술 개발이 시급하다. 지스트(광주과학기술원)는 신소재공학부 이상한 교수 연구팀은 태양에너지로부터 다량의 수소 생산을 가능하게 하는 유기 반도체 광전극 기반 모듈 시스템을 선보였다고 밝혔다. 연구팀은 광전극 내에 수분이 침투되는 것을 막아 유기 반도체가 장시간 구동할 수 있도록 하는 금속 캡슐화
Journal of Materials Chemistry A 표지논문 선정 국내 연구진이 비교적 저렴하고 효율적인 유기 반도체 기반 광전극을 활용하여 장시간·대량 수소 생산이 가능한 대면적의 모듈 시스템을 개발했다. 태양열을 이용해 이산화탄소 배출 없이 수소를 효율적으로 생산하는 친환경 광전기화학 물분해 기술, 이른바 ‘그린 수소’ 생산 기술의 효율성 향상과 안정성 개선을 통해 실용화를 앞당기는 데 기여할 것으로 기대된다. 유기 반도체는 다른 반도체 소재에 비해 비교적 저렴하고 다양한 공정 방법을 가지고 있어 대규모·대면적 생산에 용이하고 에너지 전환 효율이 높아 유망한 광전극 소재로 꼽힌다. 그러나 유기 물질 자체가 수분에 취약해 광전기화학 물분해를 통한 수소 생산 실용화를 위해서는 유기 반도체 성능의 큰 저하 없이 장시간 구동하게 하는 기술 개발이 시급하다. 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 이상한 교수 연구팀은 태양에너지로부터 다량의 수소 생산을 가능하게 하는 유기 반도체 광전극 기반 모듈 시스템을 선보였다. 연구팀은 광전극 내에 수분이 침투되는 것을 막아 유기 반도체가 장시간 구동할 수 있도록 하는 금속 캡슐화 기술을 적용, 현재까지 보고된 유기 반
[헬로티] 울산과기원 "기존 무기 반도체보다 효율 뛰어나…안정성도 확보" 태양광 수소 생산 효율이 기존 무기 반도체(무기물 기반 반도체)보다 뛰어난 유기 반도체(유기화합물 기반 반도체) 광전극이 울산과학기술원(UNIST) 연구팀에 의해 개발됐다. 울산과기원은 장지욱·양창덕·조승호 교수 연구팀이 유기 반도체 물질을 물로부터 효과적으로 보호하는 '모듈 시스템'을 이용해 성능과 안정성이 우수한 광전극을 개발했다고 지난 9일 밝혔다. 연구팀에 따르면, 태양광 수소 생산에 쓰이는 광전극은 태양광 에너지를 흡수해 전하 입자를 만드는 반도체 물질로 이뤄진다. 생성된 전하 입자가 전극 표면에서 물과 반응해 수소와 산소를 만드는 것이 태양광 수소 생산의 원리다. 이 반응은 물속에서 일어나기 때문에 안정적인 금속산화물 무기 반도체 광전극이 그간 주로 연구됐다. 반면 유기 반도체 물질은 수소 생산 효율이 훨씬 높지만, 물속에서 빠르게 손상된다는 문제가 있어 광전극으로 쓰이지 못했다. 연구팀은 액체 금속(인듐·칼륨 합금), 니켈 포일, 니켈 포일 위에서 바로 자란 촉매(니켈·철 이중 층 수산화물)로 구성된 모듈 시스템
▲ 광주과학기술원 이광희 교수 자유자재로 휘어지면서 매우 투명한 전자기기의 등장을 성큼 다가오게 할 그물망 반도체가 개발됐다. 광주과학기술원 이광희 교수 연구팀이 쉬운 용액 공정으로 박막을 만들 수 있고, 자유롭게 휘어지고 가시광 투과도가 100%에 가까운 새로운 그물망 구조의 유기 반도체 재료를 개발하는데 성공했다. 현재 반도체 재료 중에는 유연성이 우수하고, 가시광선 투과도가 완벽한 사례가 없다. 유연한 반도체 재료로 각광을 받던 유기 고분자 반도체는 특유의 가시광 흡수 특성으로 인해 투명하게 만들기 어려운 한계가 있다. 이에 연구팀은 소량의 고분자 반도체를 가시광 영역에서 투명한 절연체 고분자에 도입해 마치 그물망과 같은 구조를 가지는 고분자 반도체를 구현했다. ▲ (A)DPP2T와 PS의 분자구조 (B)순수한 DPP2T 박막과 DPP2T/PS 박막의 투과전자현미경 사진(자료: 한국연구재단). 연구팀에 따르면, 이 반도체/절연체 고분자 혼합 그물망 반도체는 고분자 반도체가 절연체에 도입되지 않은 순수한 박막형태일 때보다 전하이동도가 약 4배 정도 향상됐으며, 매우 얇은 그물망과 같은 구조적 특성으로 인해 가시광 투과도가 100%에 가까워져 반도체 박막
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