경북대 전자공학부 배진혁 교수와 경상대 김혁 교수, 동국대 심재원 교수, 한국생산기술연구원(이하 생기원) 대구경북지역본부 이수웅 박사가 이끄는 공동연구팀이 실내 조명을 이용해 전기를 생산하는 핵심기술을 개발했다.
유기반도체(Organic Semiconductor)의 뛰어난 광흡수특성을 활용해 실내 조명과 같이 약한 빛의 세기에서 전기를 생산하는 이 기술은, 해당 분야 높은 권위의 과학전문 학술지인 ‘다이즈 앤 피그먼트(Dyes and Pigments, 인용지수 : 3.767, 해당 분야 상위 2위)’ 에 12월 1일자로 게재됐다.
이 기술의 선행연구는 지난 2월 해당 분야 상위 1위의 최고 권위의 과학 전문 학술지인 ‘응용표면과학(Applied Surface Science, 인용지수 : 4.439)’에 게재되기도 했다.
현재 신재생에너지 생산원으로 주목받고 있는 태양전지는 대부분 실외환경에서 전기를 얻는다. 전기 생산을 위해서는 특정 세기 이상의 빛이 필요해 실내 조명 수준의 빛으로는 전기 생산이 어렵다.
기존 태양전지에 사용되는 실리콘 재료는 광흡수능력이 상대적으로 낮아 밝은 날 야외에서의 태양광 세기(약 100,000 lx 수준)에서는 잘 작동하지만, 흐린 날이나 실내조명과 같이 약한 빛 세기(약 2,000 lx 이하)에서는 전기 생산이 어려워 24시간 상시 전원으로 활용하는데 한계가 있다.
높은 광흡수 특성을 갖는 유기반도체는 구조변화를 통해 최적의 광흡수층 두께로 제어하면, 태양전지 내부적으로 파생된 전기적 효과를 최적화해 흐린 날과 실내 조명 뿐만 아니라 달빛 아래에서도 전기 생산이 가능해 상시 전기생산 능력을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
공동연구팀은 유기반도체를 활용한 광학 시뮬레이션 기술을 이용해 태양전지의 광흡수 특성이 극대화되는 구조를 설계했다. 즉, 최적의 광흡수층 두께 및 태양전지의 최고 효율 획득이 가능한 구조를 도출해 실내 조명 중 가장 약한 스탠드 LED(200 lx)에서도 전력 생산이 가능한 기술을 개발했다.
특히 약한 전력으로도 태양전지의 전기 생산이 가능해 24시간 상시전원으로도 활용이 가능하다.
경북대 배진혁 교수는 “사물인터넷, 인공지능, 스마트홈 등 첨단기술의 핵심부품으로 센서에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 반면, 센서 전원에 대한 연구는 미흡한 상황이다. 24시간 상시전원으로 활용가능한 친환경 전력공급원 기술 개발로, 반영구적으로 구동이 가능한 스마트 센서 전원 개발의 발판을 마련했다.
특히 유기반도체를 활용한 태양전지는 대면적, 용액공정을 적용할 수 있어 기존 무기물 태양전지보다 값싸고 대량생산이 가능할 것으로 기대된다.”고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단 신진연구자지원사업과 중견연구자지원사업, 기후변화대응기술개발사업, 산업통상자원부 산업핵심기술개발사업으로 수행됐으며, 현재 1편의 국내 특허출원 및 해외 특허출원 중에 있다.
◈ 경북대 배진혁 교수 이력사항
1. 인적사항
소속 : 경북대학교 전자공학부 전화 : 053-950-722 e-mail : jhbae@ee.knu.ac.kr
2. 학력
2004 경북대학교 전자공학부 학사 2006 서울대학교 전기공학부 석사
2010 서울대학교 전기공학부 박사
3. 경력사항
2010.9-2012.02 : 프랑스 Ecole Nationale Superieure Des Mines, Postdoctoral Research
Associate 2012.03-현재 : 경북대학교 전자공학부 부교수
4. 전문분야정보
2004-현재 : Member, 한국정보디스플레이학회, 대한전자공학회
2014-현재 : 한국센서학회, 산학협력이사
