전북대학교 김민 교수팀(공대 화학공학부)의 박수민 석사과정생이 페로브스카이트의 효율을 높일 수 있는 단결정 소자를 개발했다고 밝혔다. 이는 고분자를 활용한 공간 제한 기법을 적용, 결정의 배향을 조절할 수 있도록 하는 것이 이번 연구성과의 핵심이다.

이 연구는 재료분야 저명 국제학술지인 『SMALL, IF=13, JCR = 7.3%』에 게재됐다.

이에 따르면 페로브스카이트 단결정은 페로브스카이트 다결정 박막 대비 수송체의 이동성을 향상시키고, 수송체 확산 길이를 증가시키며, 안정성을 향상시키기 때문에 광전 소자의 우수한 성능을 기대할 수 있다.

기존의 단결정 합성법은 단결정이 제작되기 위해 수십 시간 이상의 긴 합성 시간이 필요했다. 하지만 김 교수팀은 선택적 투과 성질을 갖고 있는 유기 고분자 필름층을 도입함으로써 용매의 선택적 흡수 및 빠른 증발을 유도하고 단결정 합성 시간을 단축시키는 데 성공했다.

김 교수팀이 제안한 결정합성법은 내부 고분자 표면과의 상호인력을 이용해 단결정이 갖는 표면 결정면의 방향을 조절할 수 있었으며, 이에 대한 결정배향 형성 메커니즘을 밀도범함수이론의 상호작용 에너지 계산을 통해 세계 최초로 규명했다.

특히 결정배향을 조절해 단결정 필름을 제작하는 기술을 확보, 이를 이용해 높은 성능을 가진 광검출기에 적용할 수 있는 가능성까지 제시했다.

한편, 한국연구재단 우수신진지원사업과 기후기술인재양성사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 박수민 석사과정생과 공동연구로 경상국립대 이태경 교수연구팀이 참여했다. 

/장은성 기자