기계硏·KAIST 연구팀, 태양전지 효율 높일 양자점 안정화 기술 개발

국내 연구진이 차세대 반도체의 나노입자 소재인 ‘양자점(quantum dot)’을 안정화하는 기술을 최초로 개발했다. 양자점을 활용한 차세대 태양전지, 광검출기 등의 개발을 앞당기게 됐다.

미래창조과학부는 정소희 한국기계연구원 나노역학연구실 책임연구원(사진) 연구팀과 이도창·김용현 KAIST 교수 연구팀이 함께 ‘셀레늄화납 양자점의 할로겐화합물 처리 기반 안정화 기술’을 개발했다고 20일 발표했다.

양자점은 나노 크기의 0차원 반도체 결정이다. 워낙 작다 보니 양자역학적인 독특한 특성을 가진다. 예를 들어 태양전지에서는 양자점의 크기에 따라 단파장부터 장파장에 이르는 태양광을 흡수할 수 있어 기존 태양전지보다 더 넓은 영역의 태양광을 받아들일 수 있다. 생체의 중요한 분자나 단백질과 비슷한 크기다 보니 약물진단이나 바이오 소자로도 활용할 여지가 있다.

하지만 이 물질의 안정성이 떨어지는 것이 활용을 가로막는 장애물로 작용해왔다. 이전 연구에서 양자점의 크기가 클수록 대기에서의 안정성이 떨어진다는 점을 밝혀낸 연구팀은 할로겐화합물로 양자점 표면 중 산화가 쉬운 결정면에 보호막을 형성하는 방법을 이번 연구에서 고안했다. 산소나 물과 닿아 생기는 산화를 막아 양자점의 안정성을 높인 것이다.

연구팀은 “이번 기술 개발로 양자점의 안정성 문제가 해결돼 태양전지와 LED(발광다이오드)를 비롯한 다양한 분야에 양자점이 쓰일 수 있게 됐다”고 말했다. 이번 연구 결과는 지난 6월11일 화학분야 최고 학술지인 ‘미국화학회지’(JACS)에 실렸다.

김태훈 기자 taehun@hankyung.com