김준동 교수

기존 태양전지가 지닌 불투명성이라는 심미적 한계를 극복하고 발전 과정에서 발생하는 폐열까지 에너지원으로 재활용해야 한다는 문제의식에서 연구를 시작했습니다. 핵심 기술로는 ZnO, NiO, Ga2O3, Co3O4, BiVO4 등 다양한 금속산화물의 이종접합을 활용해 완전 투명한 광-열-전기에너지 융합 소자를 설계했으며, ITO/Ag/ITO 다층 구조를 도입해 가시광 투과도 80% 이상을 확보하면서도 자외선과 적외선을 95% 이상 차단하는 성능을 구현했습니다. 이러한 소자는 스마트 빌딩 창호, 투명 발전 창, 차량 유리 등 투과성이 요구되는 건축 및 모빌리티 분야에 적용을 목표로 개발되었습니다. HDC랩스(舊 HDC 아이콘트롤스)와 약 1년간 공동연구를 진행해 세계 최초로 고체형 반도체 기반 투명 태양광 발전 시스템을 상용화 수준까지 개발했으며, 스마트 빌딩 창호 적용을 통해 약 30조 원 규모의 신시장 창출을 목표로 하고 있습니다. 연구 성과로는 기존 투명 태양광 발전 대비 2.5배 향상된 11.9%의 효율을 달성했고, 이 결과는 Nature Communications(2024.05)에 세계 최초 완전 투명 광-열-전기에너지 융합 소자 개발 성과로 게재되었으며, Solar RRL(2024.04)에는 표지 논문으로 선정되었습니다.

인간 뇌의 저전력 연산 방식을 모방하는 차세대 AI 반도체 기술에 대한 수요가 커지는 상황에서, 이를 구현할 소자 플랫폼을 개발하기 위해 연구를 진행했습니다. 핵심 기술로는 SnS, WS2, MoS2 등 2D 소재를 활용해 광검출기와 뉴로모픽 소자를 설계하고 제작했으며, 신호 감지와 논리 연산, 기억 기능을 하나의 소자에서 동시에 구현하는 방향으로 개발을 진행했습니다. 이를 통해 외부 전력 공급 없이 자력으로 동작하며 신호 감지, 논리 게이트 판단, 기억 기능을 동시에 수행하는 투명 뉴로모픽 센서를 개발했습니다. 해당 소자는 차세대 AI 반도체, 저전력 센서 시스템, 논리 게이트 및 메모리 기능이 통합된 소자 개발에 적용될 수 있는 기술로, 기존 실리콘 기반 반도체의 전력 소비 한계를 보완할 수 있는 대안적 소자 구조로 연구되고 있습니다. 2D 소재의 얇은 두께와 투명성을 활용해 광전 소자와 뉴로모픽 컴퓨팅 소자를 융합하는 방향으로 후속 연구를 확장하고 있습니다.

높은 투과율과 전기 전도성, 기계적 유연성을 동시에 확보해야 하는 투명전극의 기술적 난제를 해결하기 위해 연구를 진행했습니다. 핵심 기술로는 AZO/AgNW/AZO 다층 구조의 투명전극을 설계해 은나노와이어(AgNW)층을 산화알루미늄아연(AZO)으로 상하 보호함으로써 전기적 특성과 내구성을 동시에 확보했습니다. 이 전극은 투명 히터, 플렉시블 전자소자, 산업 및 차량용 투명 발열체 등 유연성과 투과성이 동시에 요구되는 응용 분야에 적용을 목표로 개발되었습니다. 한국지엠(한국GM)과 협력해 투명 광전 소자를 차량 및 산업 현장에 실용화하기 위한 연구를 진행하고 있습니다. 연구 성과로는 1,000회 굽힘 시험 후에도 저항 증가율이 5.5% 미만으로 유지되는 고내구성 전극 구조를 구현했으며, 210°C의 고온 환경에서도 안정적인 전기적 특성을 유지함을 확인해 산업 현장 적용 가능성을 입증했습니다.