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동국대 이재준 교수 연구팀, 고효율 실내광/인공광 전지 개발

광에너지 변환 분야 최고 수준의 전문 학술지 「Solar RRL」 표지논문 선정
IoT 소자 에너지 공급원으로 활용 가능한 인공광 전지(ALC) 원천기술 개발


동국대 융합에너지신소재공학과 이재준 교수 연구팀이 실내광/인공광 광전변환전지의 출력을 최대 63.4%까지 증가시킨 연구결과가 Wiley Online Library에서 발간하는 광에너지 변환 분야 최고 수준의 전문 학술지 「Solar RRL」 표지논문으로 선정됐다.

이재준 교수(교신저자)는 Ashok Kumar 박사, 강형철 박사, Francis Asiam 박사, 유기천 박사와 함께 란탄계 나노입자인 SrF2에 프라세오디뮴(Pr, 원자번호 59번)과 이터븀(Yb, 원자번호 70번)을 동시에 도핑해 나노크기의 입방구조를 가지는 인광물질 SrF2:Pr3+-Yb3+ 을 최초로 합성했다. 이를 태양전지용 광전극에 포함해 광에너지 하향변환(down-conversion) 유도물질로 사용했다.

차세대 태양관 전지인 염료감응형 태양전지(DSSC)는 저렴한 소자 재료, 간단한 제조 공정, 우수한 성능(광전 변환 효율 13%)으로 인해 기존 실리콘 태양전지의 대안으로 큰 주목을 받고 있다.

최근 실내광/인공광 조건에서 작동하는 염료감응형 광전지(DSPV)는 높은 성능과 적용 가능성으로 웨어러블 및 휴대용 스마트 전자제품의 에너지 자립에 새로운 길을 제시할 것으로 기대를 모은다. 그러나 실내광/인공광 조건에서는 낮은 광량으로 염료감응형 광전지(DSPV) 광전극의 광 수확 기능이 떨어져 낮은 광전 변환이 문제가 되고 있다.

이에, 연구팀은 최초로 합성환 인광물질 SrF2:Pr3+-Yb3+을 염료감응형 광전지(DSPV)의 광전극에 도입을 제안, 광전변환전지의 출력을 최대 63.4%까지 증가시켰다. 이로 인해, 에너지 자립형 웨어러블, 휴대용 스마트 전자제품, IoT 소자의 에너지 공급원 개발이 가능해졌다.

이재준 교수는 “이번에 개발한 기술은 염료감응형 태양전지(DSSC)에 대한 고효율 특성을 보일 뿐만 아니라, 실내광/인공광 조건에서 고효율의 특성을 보이며 실내의 소자에 응용이 가능하다”며 “이번 연구가 국내외 IoT 시장에 무전원, IoT-네트워크 구동 소자 개발 연구에 도움이 됐으면 한다”고 기대감을 나타냈다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 해외우수과학자유치사업(광전변환-저장 융합소자에 최적화된 광에너지 변환 소재 연구), 기후변화대응사업(도심 분산전원용 유기물 기반 태양전지 원천기술 개발)을 통해 이뤄졌다.

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