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  1. 2015.03.26 [산업일보]반도체,규소기반 반도체,유비쿼터스, 모바일 환경 응용을 위해, 2D 소재 기반 집적소자 개발, 2D 소재간 인터페이스
  2. 2015.02.21 [산업일보] 한국-호주 공동 연구팀이 슬롯다이코팅 공법과 롤투롤 공정을 통해 가격은 낮추고 면적은 넓힌 페로브스카이트태양전지를 만드는데 성공했다.
  3. 2015.02.11 산업일보뉴스 페로브스카이트 태양전지의 대량생산 및 상용화 가능성이 높아졌다.

[산업일보]반도체,규소기반 반도체,유비쿼터스, 모바일 환경 응용을 위해, 2D 소재 기반 집적소자 개발, 2D 소재간 인터페이스

♡♬ 휴계실 ♬♡/정보마당 2015. 3. 26. 06:11

세계 최초 초박막 반도체 개발

초소형·초절전형 미래형 반도체 핵심기술 개발

 

 

 

 

[산업일보 홍보영 기자] 2차원(2D) 소재는 새로운 양자특성, 유연성, 투명성의 장점을 갖기 때문에 최근 관련 연구가 집중 수행되고 있다. 특히 본 기술의 유비쿼터스, 모바일 환경 응용을 위해, 2D 소재 기반 집적소자 개발, 2D 소재간 인터페이스 등의 연구가 활발히 추진되고 있다.

 

포스트 실리콘 시대의 신물질로서 집중적으로 연구되는 2D 소재를 기반으로 집적소자를 개발한다면, 현재 사용되는 규소기반 반도체의 근본적 문제점인 과다전력 소모 문제를 극복할 수 있기 때문에, 미래 모바일 환경에 적합한 초저전력 소자 기술을 실현 가능하다.

국내연구팀이 '초박막 소재(MoS2)를 기반으로 한 두께 3나노미터급(1나노미터: 10억분의 1미터) 반도체'를 세계 최초로 개발했다.

 

 

이번 개발된 초박막 반도체는 유비쿼터스, 모바일, 플렉시블, 웨어러블 환경 구현을 위한 반도체 소자의 초소형화 및 초절전형이 가능한 원천기술로써, 미래 신산업을 창출할 수 있는 핵심기술을 선점했다는데 큰 의미가 있으며. 현재 해당 기술은 국내외 특허 출원 중이다.

 

이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프런티어사업의 하이브리드인터페이스기반미래소재연구단(김광호 단장)의 일환으로 성균관대학교 유원종 교수가 수행했으며. 본 연구결과는 권위 있는 국제학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(nature communcations) 온라인으로 3월 24일(화)에 게재됐다.

 

현재 미래 모바일 환경에 맞는 초절전형 차세대반도체 개발을 위해 세계적으로 많은 연구가 이뤄지고 있다. 특히, 최근까지 그래핀 (Graphene) 기술을 차세대 반도체에 적용시키고자 하는 연구가 있어 왔다. 그러나 그래핀 기술은 실질적인 고성능 반도체 제작에 한계를 보이고 있는 실정이어서, 현재는 신물질 개발에 연구초점이 맞춰지고 있다.

 

연구팀은 기존 3차원(3D) 구조의 규소로 만들어지는 반도체 소자와 달리 2차원(2D) 구조를 갖는 소재인 황화몰리브데늄(MoS2)을 반도체 소재로 활용해 수직형 p-n 접합소자를 제작하는데 성공했다.

 

황화몰리브데늄(MoS2)을 반도체 소재로 활용하면, 반도체 특성을 지니면서도 초박막구조를 형성할 수 있다. 또한, 반도체가 매우 얇아지는 만큼 동작에 필요한 전압도 급격히 낮아져서 전력소모가 매우 작은 소자 제작이 가능하다. 특히, 기존의 3D 규소 반도체는 14나노미터 수준 이하로는 제작이 불가능했으나, 이번 개발된 2D구조의 반도체 소자는 3나노미터급으로 매우 얇으면서 에너지 소모도 4배 이상 적어 미래 초소형·초절전형 반도체 소자로 사용될 것으로 예상된다.

 

이번 연구는 MoS2 신물질이 차세대반도체로 사용될 수 있는 가능성을 세계 최초로 확인했으며, 또한 반도체 소자 두께와 에너지소모를 4배 이상 줄이는 데도 성공했다. 이로 인해 현재 규소기반 반도체 소자의 중요한 걸림돌인 과다전력소모 문제를 극복할 수 있으며, 규소기반 반도체를 대체해 초고효율 광소자 개발에도 중요하게 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

 

유원종 교수는 “p-n 접합소자는 많은 반도체 전자회로의 기본 소자로 쓰이므로, 이러한 기본 소자를 이루는 물질이 2D 소재로 대체될 경우 미래의 초고속 반도체, 고효율 광전소자, 신개념 투명 유연소자 개발 및 응용 연구를 가속화할 것”이라고 밝혔다.


홍보영 기자 papersong@kidd.co.kr
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[산업일보] 한국-호주 공동 연구팀이 슬롯다이코팅 공법과 롤투롤 공정을 통해 가격은 낮추고 면적은 넓힌 페로브스카이트태양전지를 만드는데 성공했다.

♡♬ 휴계실 ♬♡/정보마당 2015. 2. 21. 11:25

 

 [TECH NEWS]저(低)가격 대(大)면적 차세대 태양전지 제작

페로브스카이트 태양전지의 대량생산 및 상용화 가능성 높여

 

 

 

 

[산업일보 김진성 기자]

 

 한국-호주 공동 연구팀이 슬롯다이코팅 공법과 롤투롤 공정을 통해 가격은 낮추고 면적은 넓힌 페로브스카이트태양전지를 만드는데 성공했다.


광주과기원 김동유 교수와 호주국립과학원 박두진 박사가 주도하고, 광주과기원 황경일 박사과정생(제1저자)이 참여한 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 기초연구사업(중견연구자지원) 등의 지원으로 수행됐고, 재료공학분야의 권위지인 Advanced Materials 온라인 판에 게재됐다.


우수한 광(光)흡수성으로 높은 광전변환효율을 보이는 페로브스카이트는 물질 원가가 매우 저렴하고 용액공정이 가능해 저비용-고효율 차세대 에너지 소재로 주목받고 있다.


그러나 현재 페로브스카이트 태양전지 연구는 아직 초기단계로, 대면적-대량생산이 불가능한 스핀코팅 공정으로 진행되기 때문에 고효율 소자 제작과 기초 구동원리 연구에만 집중했 고, 대면적-대량생산 등 상용화를 위한 연구는 거의 진행되고 있지 않다.


연구팀은 스핀코팅 대신 슬롯다이코팅 공정을 도입해 처음으로 소자 내 모든 영역이 슬롯다이코팅된 페로브스카이트 태양전지를 제작했다.


페로브스카이트는 물질자체의 특성으로 필름형성단계에서 결정의 크기와 균일도 등을 조절하기 어렵다. 특히 균일도 문제는 기존의 스핀코팅 공정보다 필름형성시간이 긴 대면적코팅 공정에서 더 심각하다. 따라서 연구팀은 필름형성과정에서 질소가스를 사용해 필름의 건조를 촉진시켜 필름형성시간을 줄였다.


또한 기판의 온도 조절로 결정의 크기를 조절해 수십 나노미터(10억분의 1m)에서 수 마이크로미터(100만분의 1m)까지 페로브스카이트 결정의 크기를 키우고 균일하게 만들었다. 이렇게 만들어진 슬롯다이코팅 기반의 페로브스카이트 태양전지는 스핀코팅의 태양전지와 비슷한 약 12%의 광전변환효율을 보였다.


연구팀은 더 나아가 페로브스카이트 태양전지 소자 제작에 필요한 모든 세부 조건들을 롤투롤 공정에 그대로 적용해 기존 연구용 소자(0.1cm2)보다 400배 큰 40cm2의 대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈을 구현했다.


김동유 교수는 “이번 연구는 고효율의 페로브스카이트 태양전지를 저렴하게 대면적으로 생산할 수 있다는 사실을 이론이 아닌 실제적으로 보여준 사례”라며, “롤투롤 공정 기반 페로브스카이트 태양전지 모듈 제작의 첫 성공이자 상용화를 앞당기는 중요한 초석이 될 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다.


덧붙여 김 교수는 “처음에는 슬롯다이코팅을 통해 페로브스카이트 필름을 균일하게 형성하기가 어려웠고 처음 슬롯다이코팅된 페로브스카이트의 수많은 핀홀들을 보며 이것이 과연 가능할까 고민해본 적이 있다”고 밝힌 뒤, “연구된 슬롯다이코팅 공정은 대면적화, 롤투롤 공정을 통한 연속생산이 가능하므로 상용화를 앞당기는 중요한 연구가 될 것”이라는 기대감을 드러냈다.


김진성 기자 weekendk@kidd.co.kr
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산업일보뉴스 페로브스카이트 태양전지의 대량생산 및 상용화 가능성이 높아졌다.

♡♬ 휴계실 ♬♡/정보마당 2015. 2. 11. 06:31

 

 저가격 대면적 차세대 태양전지 제작

 

[산업일보 강정수 기자]

 

 페로브스카이트 태양전지의 대량생산 및 상용화 가능성이 높아졌다.

한국-호주 공동 연구팀이 슬롯다이코팅 공법과 롤투롤 공정을 통해 가격은 낮추고 면적은 넓힌 페로브스카이트 태양전지를 만드는데 성공했다.

 

 

 

광주과기원 김동유 교수와 호주국립과학원 박두진 박사가 주도하고, 광주과기원 황경일 박사과정생(제1저자)이 참여한 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 기초연구사업(중견연구자지원) 등의 지원으로 수행됐고, 재료공학분야의 권위지인 Advanced Materials 온라인 판(1월 7일자)에 게재됐다.

 

우수한 광(光)흡수성으로 높은 광전변환효율을 보이는 페로브스카이트는 물질 원가가 매우 저렴하고 용액공정이 가능해 저비용-고효율 차세대 에너지 소재로 주목받고 있다.

 

그러나 현재 페로브스카이트 태양전지 연구는 아직 초기단계로, 대면적-대량생산이 불가능한 스핀코팅 공정으로 진행되기 때문에 고효율 소자 제작과 기초 구동원리 연구에만 집중돼 있고, 대면적-대량생산 등 상용화를 위한 연구는 거의 진행되고 있지 않다.

 

연구팀은 스핀코팅 대신 슬롯다이코팅 공정을 도입해 처음으로 소자 내 모든 영역이 슬롯다이코팅된 페로브스카이트 태양전지를 제작했다.

페로브스카이트는 물질자체의 특성으로 필름형성단계에서 결정의 크기와 균일도 등을 조절하기 어렵다. 특히 균일도 문제는 기존의 스핀코팅 공정보다 필름형성시간이 긴 대면적코팅 공정에서 더 심각하다. 따라서 연구팀은 필름형성과정에서 질소가스를 사용해 필름의 건조를 촉진시켜 필름형성시간을 줄였다.

 

또한 기판의 온도 조절로 결정의 크기를 조절해 수십 나노미터(10억분의 1m)에서 수 마이크로미터(100만분의 1m)까지 페로브스카이트 결정의 크기를 키우고 균일하게 만들었다. 이렇게 만들어진 슬롯다이코팅 기반의 페로브스카이트 태양전지는 스핀코팅의 태양전지와 비슷한 약 12%의 광전변환효율을 보였다.

 

연구팀은 더 나아가 페로브스카이트 태양전지 소자 제작에 필요한 모든 세부 조건들을 롤투롤 공정에 그대로 적용해 기존 연구용 소자(0.1㎠)보다 400배 큰 40㎠의 대면적 페로브스카이트 태양전지 모듈을 구현했다.

 

김동유 교수는 “이번 연구는 고효율의 페로브스카이트 태양전지를 저렴하게 대면적으로 생산할 수 있다는 사실을 이론이 아닌 실제적으로 보여준 사례”라며 “롤투롤 공정 기반 페로브스카이트 태양전지 모듈 제작의 첫 성공이자 상용화를 앞당기는 중요한 초석이 될 것으로 기대한다”고 연구의의를 밝혔다.


강정수 기자 rws81@daara.co.kr
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