국내 연구진이 빛 에너지를 전기 에너지로 전환하는 '실리콘 광다이오드'의 두께를 기존의 6분의 1 수준으로 줄이는 기술을 개발했다.
DGIST 에너지공학전공 정대성 교수(사진) 연구팀은 정방형 페로브스카이트 나노입자를 활용해 광다이오드의 안정성과 성능을 높이는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.
현재 산업계에서 사용하는 실리콘 광다이오드는 3㎛(마이크로미터·100만 분의1m)가 넘는 두께로 인해 해상도를 높이는 데 한계가 있었다. 이를 대체할 주요 소재 중 하나인 페로브스카이트는 빛을 잘 흡수하지만 안정성이 낮아 실용화가 어려웠다.
정 교수팀은 페로브스카이트 중 세슘납아이오다이드 페로브스카이트가 정방형의 나노입자 상태에서 안정성을 유지한다는 점을 주목했다. 연구팀은 광다이오드의 양 전극 사이에 정방형 세슘납아이오다이드 페로브스카이트 나노입자와 황화합물을 활용한 새로운 형태의 박막형 광다이오드를 개발했다. 이 광다이오드는 납 양이온과 황 음이곤 간 산-염기 반응을 통해 안정성을 높였다.
연구팀이 개발한 0.5㎛ 두께의 박막형 광다이오드는 기존 실리콘 광다이오드와 유사한 감광도를 보였으며, 상대습도 80% 이상의 열악한 조건에서도 10시간 이상 안정적으로 구동했다.
정대성 교수는 "이번 연구로 개발한 광다이오드는 높은 집적도와 해상도가 요구되는 자율주행 자동차·군사·우주탐사 분야에서 활용이 가능할 것"이라며 "앞으로 페로브스카이트 광다이오드를 이용한 저가의 고효율·고안정성 이미지 센서를 개발해 다가오는 4차 산업혁명을 주도하겠다"고 말했다.
이번 연구결과는 광학 분야 국제학술지 '레이저 & 포토닉스 리뷰'(Laser & Photonics Reviews)에 게재됐다.
