울산과학기술원 김진영 교수 연구팀이 세계 최초로 빛을 전기로 바꾸는 태양전지와 전기를 빛으로 바꾸는 발광 소자(LED) 기능을 하나로 통합한 발광 전지를 개발했다.

과학기술정보통신부ㆍ한국연구재단은 6일 김진영 교수 연구팀의 연구내용이 에너지 분야 국제학술지 에너지 및 환경과학(Energy & Environmental Science) 8월 10일자에 게재되었다고 발표했다.

( 논문명 : Peroptronic Devices: Perovskite-Based Light-Emitting Solar Cells)

태양전지와 발광 소자(LED)는 구조와 제작 공정이 매우 유사하다.

그러나 태양전지는 전하가 추출되면서 전기가 발생하고 발광 소자는 전하가 주입되면서 빛이 발생하는 원리로, 소자가 작동하는 방식이 정반대이다. 이에 태양전지와 발광 소자의 효율을 극대화하는 연구가 각각 진행될 뿐, 이들에 대한 통합연구가 부족했다.

연구팀은 빛에너지의 흡수와 발광이 모두 가능한 페로브스카이트(부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 금속 산화물)물질을 사용하여 단일 소자에서 발전과 발광이 모두 가능한 새로운 복합기능성 소자를 만들고, 이를 페롭트로닉 소자(Peroptronic device)라고 명명했다.

페롭트로닉 소자에는 특정 음이온(BIm4)이 포함되어 있는 고분자 전해질 층을 도입하였으며, 이 물질의 도움으로 전하가 페로브스카이트에 쉽게 주입되거나 추출되는 것이 모두 가능해졌다.

이 소자는 사물인터넷에서 전원 및 디스플레이 역할을 동시에 수행할 것으로 기대된다. 또한 유연한 필름을 코팅할 때 사용하는 용액공정으로 제작하면 구부러지고 휘어지는 웨어러블 기기에도 적용할 수 있다. 기존 실리콘 등의 무기물 전자 소자에 비해 공정과정이 간단하고 제작비용이 저렴한 장점도 있다.

김진영 교수는 “이번 연구성과는 이분화되어 있던 태양전지와 발광 소자를 단일 구조에서 모두 구현시킨 차세대 혁신 소자의 개발이며, 이번 광전자 소자* 기술의 통합으로 에너지 분야에 패러다임 변화를 기대한다”고 연구의 의의를 설명했다.