태양 빛 없는 밤에도 전기 생산 새 에너지수확 소자 개발

KIST·연세대 연구팀, 태양전지·압전효과 저차원 나노구조 물질 개발

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 낮에는 태양 빛을 이용하는 태양전지로 사용하고 밤에는 바람이나 인간의 움직임 같은 물리적 진동의 압전효과로 전기를 생산하는 새로운 개념의 에너지수확 소자를 개발했다.

'낮엔 태양전지, 밤엔 압전소자' 신개념 에너지수확 기술 [한국과학기술연구원 제공=연합뉴스]

한국과학기술연구원(KIST) 광전소재연구단 송진동 박사팀은 3일 연세대 물리학과 조만호 교수팀과 함께 태양전지용으로 사용되는 나노선 구조 반도체의 원자 구조 배열을 압전 현상이 발생하는 구조 배열로 조절하는 데 성공, 태양전지와 압전소자로 동시에 사용할 수 있는 물질을 개발했다고 밝혔다.

기존의 에너지수확 기술은 바람이나, 인간의 움직임, 심장박동 등 물리적 진동을 전기로 바꾸는 압전소자를 개발하거나 태양전지용 물질인 실리콘(Si)기반 반도체 물질 등의 광전자 효율을 높이는 방향으로 진행됐다.

송 박사팀은 나노선 기반의 고효율 태양전지 연구과정에서 화합물 반도체(InGaAs) 일부분의 원자 구조 배열이 압전효과를 일으킬 수 있는 구조임을 발견, 나노선 내 원자 격자구조를 모두 압전효과 구조로 변경하는 연구를 수행했다.

연구진은 InGaAs의 나노선 형성 중 성장과정의 매개 변수를 재설계해 만든 새로운 구조의 나노선이 외부 압력에 의해 기울어졌을 때 압전 전류가 흐르는 것을 확인했다.

광전효과·압전효과 동시에 내는 신개념 소자 [한국과학기술연구원 제공=연합뉴스]

이는 하나의 물질에서 압전효과와 광전압 효과를 모두 거둘 수 있는 가능성을 입증한 것으로 낮에는 주로 태양전지로 사용하고 빛이 없는 밤에는 압전으로 에너지를 흡수하는 방식으로 에너지를 만들 수 있음을 뜻한다.

연구진은 이 연구결과가 향후 주변 스마트 센서의 전력 공급 장치로 이용하고 빛과 소리를 동시에 기록하는 새로운 입력 소자로도 활용하는 등 응용 및 활용 범위가 넓을 것으로 전망하고 있다.

송진동 박사는 "이번 연구결과가 차세대 스마트 센서의 전력공급원으로 활용되기를 기대한다"며 "향후 외투 같은 웨어러블 장비에 응용된다면 사람 주변에 장착된 센서를 작동시키는 전원 역할도 할 수 있을 것"이라고 말했다.

KIST 기관 고유사업으로 수행된 이 연구결과는 국제학술지 '나노 에너지'(Nano Energy)에 게재됐다.

KIST 송진동 박사(왼쪽)와 연세대 조만호 교수 [한국과학기술연구원 제공=연합뉴스]

scitech@yna.co.kr

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