▲ 원자층 증착법을 이용한 합성 공정 모식도..

국내 연구진이 원자 단위의 미세 조절기술로 가시광 흡수율은 4배 이상 높인 3나노미터(nm) 두께의 얇은 광소재를 개발해 얇고 휘어지는 태양전지, 광센서 상용화에 기여할 전망이다.

김형준 연세대 교수와 송정규 연구원(연세대 박사과정, 제1저자)은 원자단위로 얇게 박막을 씌우기 위해 활용되던 원자층 증착법(Atomic layer deposition: ALD)을 통해 텅스텐과 몰리브덴이 각각 포함된 원료를 배합하고 반응 가스와 교차 주입해 세상에서 가장 얇고 유연한 소재로 알려진 전이금속 이황화물질(MoS2, WS2)을 개발하는데 성공했다고 18일 밝혔다.

전이금속 이황화물질은 유연하고 가벼워 그래핀과 같이 꿈의 신소재로 각광받고 있는데, 원하는 파장대의 빛을 흡수하기 위한 밴드갭(전자의 이동을 막는 장벽의 높이)의 조절을 위한 연구가 활발하지만 그간 구체적인 제작방법은 나오지 못했다.

김형준 연구팀이 개발한 이황화물질은 3nm(나노미터) 두께의 얇은 두께에도 불구하고 붉은색에서 초록색까지 넓은 영역대의 가시광선 빛을 흡수할 수 있으며 광 흡수율이 기존 같은 두께의 반도체 대비 4배 향상된 것으로 나타났다.

이번 연구에 참여한 김형준 교수는 “초박막 소재를 원자단위로 미세조절 하는 기술은 소재의 물성을 자유자재로 컨트롤 할 수 있는 원천 기술이기에 더욱 의미 있는 성과”라며 “원자층 증착법을 이용한 합성 공정은 대면적으로 소재 합성 및 소자 제작이 가능하기 때문에 향후 종이보다 얇고 구겨지는 태양전지, 광센서 등이 상용화 되는데 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하고 있는 기초연구사업(중견연구자지원) 및 글로벌프론티어사업으로 이루어졌으며, 연구 결과물은 네이처가 발행하는 학술지인 네이처 커뮤니케이션스(Nature communications) 7월23일자에 게재됐다.