▲ 정소희 한국기계연구원 박사.

차세대 태양전지 소재인 황화납(PbS) 양자점의 안정성에 대한 비밀이 국내 연구진에 의해 최초로 밝혀졌다.

한국기계연구원(원장 최태인)은 나노역학연구실 정소희 박사팀이 KAIST 나노과학기술대학원 김용현 교수팀과 함께 세계 최초로 대기노출에 안정한 직경 1.5나노미터(nm) 크기의 황화납(PbS) 양자점을 합성하는데 성공했다고 7일 밝혔다.

양자점은 크기가 달라짐에 따라 광전기 특성이 변화하는 소재다. 기존의 양자점은 크기가 커지면 산소나 물 등에 접촉하는 공간이 발생해 산화됨으로써 대기안정성이 떨어진다는 문제가 있었다.

이번 연구에서 정소희 박사팀과 김용현 교수팀은 범밀도함수이론을 바탕으로 황화납 양자점의 크기에 따라 모양이 팔면체에서 육팔면체로 바뀌는 현상을 규명했다. 또한 이러한 모양 변화가 양자점의 대기안정성 특성에 직접적인 영향을 준다는 사실을 최초로 밝혀냈다.

연구팀은 양자점 표면 분자를 효과적으로 제어해 양자점 모양 변화를 자유자재로 조절할 수 있게 돼 이를 통해 기존 양자점 소재의 대기안정성에 관한 기술한계를 원천적으로 극복할 수 있을 것으로 예상했다.

정소희 기계연구원 박사는 “본 연구를 통해 저가·고효율의 차세대 광전변환소자로 각광을 받고 있는 양자점 태양전지 기술의 중요한 난제였던 안정성 문제를 해결할 것으로 기대된다”며 “현재 이 기술을 기계연이 보유 중인 세계 최고 수준의 고효율(변환효율 6.5% 이상) 양자점 태양전지 제작 기술에 접목하려고 시도하고 있다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 미래창조과학부 (장관 최문기)와 한국연구재단 (이사장 이승종)이 추진하는 ‘글로벌 프론티어’ R&D 프로그램 및‘세계수준의 연구중심대학(WCU) 육성사업’의 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 화학분야 최고권위지인 ‘JACS (Journal of the American Chemical Society, 미국화학회지)’에 커뮤니케이션으로 게재됐다.