김진영 교수

페로브스카이트 소재는 높은 흡광 계수와 낮은 엑시톤 결합 에너지를 가져 제조 단가를 낮추면서도 실리콘의 효율 한계를 극복할 수 있는 차세대 태양전지 소재로 주목받고 있습니다. MACl 등 첨가제를 통한 결정 제어 기술을 적용하여 페로브스카이트 박막의 결정성을 향상시켰으며, 알루미늄 전극과 불소 도입 그래핀 계면을 적용해 소자의 열적·화학적 안정성을 개선했습니다. α-FAPbI3 페로브스카이트 조성에는 의사 할로겐 음이온 공학을 도입하여 결함 밀도를 낮추었고, 양자점-SnO2 전자 수송층 기술을 결합하여 전하 추출 효율을 높였습니다. 이러한 기술은 건물일체형 태양광(BIPV), 자동차 선루프, 무인기 전원, 롤투롤 공정 기반 대량생산 등 다방면의 응용 연구로 이어지고 있습니다. 스위스 EPFL과의 협력 연구를 통해 25.6%의 세계 최고 수준 광전환 효율을 달성했으며, 페로브스카이트-유기 탠덤 구조에서는 24.73%, 페로브스카이트-실리콘 탠덤 구조에서는 31.72%의 효율을 구현했습니다. 해당 연구 성과는 Nature(2021)와 Science(2022)에 게재되었습니다.

다중 복합 고분자 소재 개발에 인공지능(머신러닝) 기술을 접목하여 재료 혼합비와 적층 두께를 최적화하는 연구를 수행하고 있습니다. 머신러닝 기반 롤투롤 공정 최적화 기술을 통해 다양한 조성 조건을 빠르게 탐색하고, 열적으로 안정한 비풀러렌 수용체 소재와 다중 복합 고분자 재료를 개발했습니다. 재료 혼합비와 코팅 두께를 데이터 기반으로 조율함으로써 공정 재현성과 소자 성능을 동시에 확보하는 방향으로 연구를 진행하고 있습니다. 이러한 공정 기술은 인쇄형 태양전지 대량생산과 적층형(탠덤) 태양전지 제작에 적용되고 있습니다. 머신러닝 기반 롤투롤 공정을 통해 인쇄형 유기 태양전지 중 최고 수준인 10.2%의 효율을 달성했으며, 부산대학교와의 공동연구를 통해 적층형 구조에서 11.4%의 효율을 기록했습니다. 해당 연구 성과는 Energy & Environmental Science(2021)에 표지논문으로 선정되었으며, Advanced Energy Materials에도 게재되었습니다.

양자점(QD)은 뛰어난 색 순도와 용액 공정성을 갖추고 있어 OLED를 대체할 차세대 발광 재료로 연구되고 있습니다. 페로브스카이트 나노 입자의 원소 치환을 통해 적색, 녹색, 청색(RGB) 발광 스펙트럼을 정밀하게 조절하는 기술을 개발했으며, 이를 통해 색 재현성이 높은 발광소자 구현이 가능해졌습니다. 아울러 고신뢰성 질소 도핑 IGZO 반도체 물질을 기반으로 한 금속산화물 박막 트랜지스터(TFT) 기술을 함께 연구하여 구동 회로의 신뢰성을 높이는 데 활용하고 있습니다. 이러한 기술은 AR/VR을 포함한 차세대 디스플레이, 조명, 유연 디스플레이 분야에 적용되고 있으며, 용액 공정 특성을 활용해 대면적화와 유연 소자 제작에도 확장되고 있습니다. 해당 연구를 통해 최대 밝기 15,170니트를 기록하는 세계 최고 성능의 유연 QLED를 개발했습니다.