장성연 교수

근적외선 흡수 페로브스카이트 양자점의 상 안정성 확보는 초고효율 태양전지 개발의 핵심 과제로, 근적외선 흡수 페로브스카이트 양자점 상 안정화 관련 과제(예산 약 4억원 규모 2건)와 페로브스카이트 양자점 표면 개질, 위상 안정화된 유기계 페로브스카이트 양자점, 금속확산 방지층 포함 페로브스카이트 태양광·수소발생장치 등 다수의 특허로 연구를 뒷받침하고 있습니다. 핵심 기술로는 유기 양이온 기반 페로브스카이트 양자점 합성과 리간드 치환(Ligand Exchange) 기술을 적용해 양자점 표면 결함을 제어하고 상 안정성을 개선했습니다. 이 기술은 차세대 박막 태양전지, 건물 일체형 태양광(BIPV), 모빌리티용 자가발전 태양전지 분야에 적용되고 있습니다. UNIST 기술지주 및 울산 강소연구개발특구와 연계한 기술 사업화를 추진하고 있습니다. 미국 NREL 공인 인증을 통해 세계 최고 효율 18.1%를 달성했으며 이 결과는 Nature Energy 2024에 게재됐습니다. 저밴드갭 소자에서는 효율 23.74%를 구현했고, 2년 이상의 장기 안정성을 확보했습니다.

광전효율 13% 달성을 목표로 하는 포르피린 기반 광활성 소재 기술 개발 과제(예산 약 1.5억원)를 수행하고 있으며, 유기 태양전지용 광활성층 삼원공중합체, 포르피린계 유도체, 3성분계 기반 광활성층 등 다수의 특허로 연구를 뒷받침하고 있습니다. 핵심 기술로는 포르피린(Porphyrin) 기반 유기 소재를 합성하고 광활성층 박막 구조를 최적화했으며, 비할로겐 용액 공정(halogen-free solution process)을 적용해 유해 용매를 배제한 친환경 소자 제작 공정을 구현했습니다. 삼원공중합체 구조 설계를 통해 광 흡수 파장 대역을 확장하고 전하 이동 특성을 개선하는 방향으로 소재 개발을 진행하고 있습니다. 이 기술은 유연(Flexible) 태양전지, 실내용 태양전지, 웨어러블 에너지 소자 분야에 적용되고 있습니다. 고흡수 계수를 갖는 유기 염료와 나노 전극 소재를 개발하는 성과를 거두었습니다. 관련 특허 포트폴리오를 기반으로 광활성층 소재의 안정성과 재현성을 확보하는 연구도 병행하고 있습니다.

표면결함이 제어된 양자점 잉크소재 개발 과제(예산 약 1.5억원)와 Break Junction 기술을 이용한 금속-분자 열전성질 연구 과제(2건, 총 4천만원), 광전·열전 소자용 양자점 기반 소재 개발 과제를 수행하고 있으며, 양자점 잉크 조성물, 닥터 블레이드를 이용한 양자점 태양전지 제조 방법 등 다수의 특허로 연구를 뒷받침하고 있습니다. 핵심 기술로는 이온성 열전 고분자 복합체를 설계하고 Break Junction 기법을 활용한 분자 접합(Molecular Junction) 분석을 수행했으며, 양자점 표면 결함을 제어하는 잉크 소재 기술을 개발했습니다. 이 기술은 열전 발전 소자, 박막 태양전지, 고효율 양자점 태양전지 분야에 적용되고 있습니다. 이온 열전 소재 연구를 통해 거대 열기전력(Giant Thermopower)을 구현하는 성과를 거두었습니다. 이러한 성과는 향후 고효율 양자점 태양전지와 열전 발전 소자의 상용화 가능성을 높이는 기초 연구로 평가되며, 관련 기술은 TRL 3-4 단계로 소자 성능 검증 및 신뢰성 확보 연구를 지속하고 있습니다.