콘택트렌즈형 지속/자가 구동 헬스 모니터링 플랫폼 기술 개발 국내 연구진이 콘택트렌즈에 삽입되어 눈물을 안정적으로 수집, 분석함으로써 당뇨 여부 및 진행정도를 판단할 수 있는 센서를 개발, 앞으로 콘택트렌즈를 착용하는 것만으로 당뇨를 지속적으로 모니터링하여 보다 간편하고 정확한 진단 및 관리가 가능 할 것으로 전망된다. 대표적인 IT기업인 구글은 올 1월에 무선 칩과 센서를 탑재한 의료용 스마트 콘택트렌즈를 개발하고 있다고 발표했다. 구글은 소프트 콘택트렌즈용 소재로 제작된 두 장의 막 사이에 미세한 크기의 무선 칩과 혈당치 측정 센서, 안테나 및 LED 라이트를 장착한 스마트 콘택트렌즈 프로토 타입을 함께 공개했는데, 이 렌즈를 당뇨병 환자가 착용함으로써 눈물 성분에서 혈당의 변화를 측정할 수 있다는 것이다. 그러나 이와 같은 스마트 콘택트렌즈가 제 기능을 발휘하기 위해서는 눈물 속에 포함된 미량의 글루코스 농도를 빠르고 정확하며 변별력 있게 측정하는 기술과, 눈물을 안정적으로 공급하는 기술이 필수적이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 계면제어연구센터 송용원 박사 연구팀은 눈물 속에 포함된 미량의 글루코스를 유연한 플랫폼에서 측정이 가능 하도록 새롭게 구성된 센서를 개발했을 뿐만 아니라, 이 센서에 대한 초저전력 구동이 가능한 미세 모듈 및 눈물을 안정적으로 공급해줄 수 있는 미소유체 제어 시스템의 개발에 성공했다고 밝혔다. 이러한 이유로, 구글의 의료용 스마트 콘택트렌즈보다 한 단계 더 진화된 기술로 평가 되고 있다. KIST 송용원 박사는 "안과, 내분비내과 전문가들과 지속적인 연계 연구를 통하여, 눈에 사용할 수 있을 뿐만 아니라 실질적으로 당뇨 환자들에게 도움이 될 수 있는 기술을 개발하는데 주력해 왔다"며, “실험을 위해 제조된 글루코스 용액이 아닌, 실제 눈물 속에 포함된 미량의 글루코스를 다른 성분과 차별화하여 지속적으로 검출해 내는 것이 관건”이라고 강조 했다. 또한 “개발 된 콘택트렌즈는 다양한 바이오 대상체의 검출을 위한 플랫폼으로 진화할 예정이며, 합병증 진단, 신약개발, 정보통신 기술 연계 등으로 응용 분야를 확장 할 계획”이라고 밝혔다. 공동 연구자인 강동경희대학교병원의 강자헌 교수는, “눈물은 매일 일정량이 지속적으로 생성되기 때문에 눈물을 통한 당뇨 여부 판단은 그 어떤 방법보다 간편하고, 정확한 방법이 될 것”이라며, “각 분야 전문가들이 머리를 맞대고 연구한 만큼 성과도 만족스럽다”고 전했다. KIST의 미래융합기술연구본부를 기반으로 하는 해당 연구팀은, 센서, 재료, 시스템 등 다양한 분야의 전문가들이 참여한 BT/NT/ET/IT 융합 연구팀으로 2011년부터 스마트 콘택트렌즈 개발을 위한 기술을 연구해오고 있으며, 조만간 상용화 가능한 기술을 완성할 것으로 전망 했다. 연구팀은 현재 센서 시스템 및 미소유체 제어 기술과 별개로 스마트 콘택트렌즈에 적용할 수 있는 통신 장치, 에너지 저장 장치 및 에너지 생성 장치에 대한 기술도 함께 개발하고 있고, 일정 부분 기술적 성과를 거둔 것으로 알려지고 있으며, 최근 한국 지식재산전략원과 함께 이 분야에 대한 IP전략을 점검하기도 했다. ○ 연구진 Dr. 송용원, 책임연구원, 계면제어연구센터, KIST Dr. 최지원, 책임연구원, 전자재료연구센터, KIST Dr. 김진석, 책임연구원, 바이오닉스연구단, KIST Dr, 이현정, 선임연구원, 스핀융합연구센터, KIST Dr. 이지연, 선임연구원, 화학키노믹스연구센터, KIST Prof. 강자헌, 안과교수, 강동경희대학교병원 Prof. 정인경, 내과교수, 강동경희대학교병원 Prof. 김병섭, 전기전자공학과, 포항공과대학교 ○ 그림자료 <그림1> 개발된 콘택트렌즈형 지속/자가 구동 당뇨센서 개념도 ○ 특허정보 [KIST K06845] ‘비침습형 건강지표 모니터링 시스템 및 이용 방법’, 국내 특허 출원 번호 10-2014-0006857 (2014년 1월 20일).

콘택트렌즈형 지속/자가 구동 헬스 모니터링 플랫폼 기술 개발 국내 연구진이 콘택트렌즈에 삽입되어 눈물을 안정적으로 수집, 분석함으로써 당뇨 여부 및 진행정도를 판단할 수 있는 센서를 개발, 앞으로 콘택트렌즈를 착용하는 것만으로 당뇨를 지속적으로 모니터링하여 보다 간편하고 정확한 진단 및 관리가 가능 할 것으로 전망된다. 대표적인 IT기업인 구글은 올 1월에 무선 칩과 센서를 탑재한 의료용 스마트 콘택트렌즈를 개발하고 있다고 발표했다. 구글은 소프트 콘택트렌즈용 소재로 제작된 두 장의 막 사이에 미세한 크기의 무선 칩과 혈당치 측정 센서, 안테나 및 LED 라이트를 장착한 스마트 콘택트렌즈 프로토 타입을 함께 공개했는데, 이 렌즈를 당뇨병 환자가 착용함으로써 눈물 성분에서 혈당의 변화를 측정할 수 있다는 것이다. 그러나 이와 같은 스마트 콘택트렌즈가 제 기능을 발휘하기 위해서는 눈물 속에 포함된 미량의 글루코스 농도를 빠르고 정확하며 변별력 있게 측정하는 기술과, 눈물을 안정적으로 공급하는 기술이 필수적이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 계면제어연구센터 송용원 박사 연구팀은 눈물 속에 포함된 미량의 글루코스를 유연한 플랫폼에서 측정이 가능 하도록 새롭게 구성된 센서를 개발했을 뿐만 아니라, 이 센서에 대한 초저전력 구동이 가능한 미세 모듈 및 눈물을 안정적으로 공급해줄 수 있는 미소유체 제어 시스템의 개발에 성공했다고 밝혔다. 이러한 이유로, 구글의 의료용 스마트 콘택트렌즈보다 한 단계 더 진화된 기술로 평가 되고 있다. KIST 송용원 박사는 "안과, 내분비내과 전문가들과 지속적인 연계 연구를 통하여, 눈에 사용할 수 있을 뿐만 아니라 실질적으로 당뇨 환자들에게 도움이 될 수 있는 기술을 개발하는데 주력해 왔다"며, “실험을 위해 제조된 글루코스 용액이 아닌, 실제 눈물 속에 포함된 미량의 글루코스를 다른 성분과 차별화하여 지속적으로 검출해 내는 것이 관건”이라고 강조 했다. 또한 “개발 된 콘택트렌즈는 다양한 바이오 대상체의 검출을 위한 플랫폼으로 진화할 예정이며, 합병증 진단, 신약개발, 정보통신 기술 연계 등으로 응용 분야를 확장 할 계획”이라고 밝혔다. 공동 연구자인 강동경희대학교병원의 강자헌 교수는, “눈물은 매일 일정량이 지속적으로 생성되기 때문에 눈물을 통한 당뇨 여부 판단은 그 어떤 방법보다 간편하고, 정확한 방법이 될 것”이라며, “각 분야 전문가들이 머리를 맞대고 연구한 만큼 성과도 만족스럽다”고 전했다. KIST의 미래융합기술연구본부를 기반으로 하는 해당 연구팀은, 센서, 재료, 시스템 등 다양한 분야의 전문가들이 참여한 BT/NT/ET/IT 융합 연구팀으로 2011년부터 스마트 콘택트렌즈 개발을 위한 기술을 연구해오고 있으며, 조만간 상용화 가능한 기술을 완성할 것으로 전망 했다. 연구팀은 현재 센서 시스템 및 미소유체 제어 기술과 별개로 스마트 콘택트렌즈에 적용할 수 있는 통신 장치, 에너지 저장 장치 및 에너지 생성 장치에 대한 기술도 함께 개발하고 있고, 일정 부분 기술적 성과를 거둔 것으로 알려지고 있으며, 최근 한국 지식재산전략원과 함께 이 분야에 대한 IP전략을 점검하기도 했다. ○ 연구진 Dr. 송용원, 책임연구원, 계면제어연구센터, KIST Dr. 최지원, 책임연구원, 전자재료연구센터, KIST Dr. 김진석, 책임연구원, 바이오닉스연구단, KIST Dr, 이현정, 선임연구원, 스핀융합연구센터, KIST Dr. 이지연, 선임연구원, 화학키노믹스연구센터, KIST Prof. 강자헌, 안과교수, 강동경희대학교병원 Prof. 정인경, 내과교수, 강동경희대학교병원 Prof. 김병섭, 전기전자공학과, 포항공과대학교 ○ 그림자료 <그림1> 개발된 콘택트렌즈형 지속/자가 구동 당뇨센서 개념도 ○ 특허정보 [KIST K06845] ‘비침습형 건강지표 모니터링 시스템 및 이용 방법’, 국내 특허 출원 번호 10-2014-0006857 (2014년 1월 20일).

콘택트렌즈형 지속/자가 구동 헬스 모니터링 플랫폼 기술 개발 국내 연구진이 콘택트렌즈에 삽입되어 눈물을 안정적으로 수집, 분석함으로써 당뇨 여부 및 진행정도를 판단할 수 있는 센서를 개발, 앞으로 콘택트렌즈를 착용하는 것만으로 당뇨를 지속적으로 모니터링하여 보다 간편하고 정확한 진단 및 관리가 가능 할 것으로 전망된다. 대표적인 IT기업인 구글은 올 1월에 무선 칩과 센서를 탑재한 의료용 스마트 콘택트렌즈를 개발하고 있다고 발표했다. 구글은 소프트 콘택트렌즈용 소재로 제작된 두 장의 막 사이에 미세한 크기의 무선 칩과 혈당치 측정 센서, 안테나 및 LED 라이트를 장착한 스마트 콘택트렌즈 프로토 타입을 함께 공개했는데, 이 렌즈를 당뇨병 환자가 착용함으로써 눈물 성분에서 혈당의 변화를 측정할 수 있다는 것이다. 그러나 이와 같은 스마트 콘택트렌즈가 제 기능을 발휘하기 위해서는 눈물 속에 포함된 미량의 글루코스 농도를 빠르고 정확하며 변별력 있게 측정하는 기술과, 눈물을 안정적으로 공급하는 기술이 필수적이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 계면제어연구센터 송용원 박사 연구팀은 눈물 속에 포함된 미량의 글루코스를 유연한 플랫폼에서 측정이 가능 하도록 새롭게 구성된 센서를 개발했을 뿐만 아니라, 이 센서에 대한 초저전력 구동이 가능한 미세 모듈 및 눈물을 안정적으로 공급해줄 수 있는 미소유체 제어 시스템의 개발에 성공했다고 밝혔다. 이러한 이유로, 구글의 의료용 스마트 콘택트렌즈보다 한 단계 더 진화된 기술로 평가 되고 있다. KIST 송용원 박사는 "안과, 내분비내과 전문가들과 지속적인 연계 연구를 통하여, 눈에 사용할 수 있을 뿐만 아니라 실질적으로 당뇨 환자들에게 도움이 될 수 있는 기술을 개발하는데 주력해 왔다"며, “실험을 위해 제조된 글루코스 용액이 아닌, 실제 눈물 속에 포함된 미량의 글루코스를 다른 성분과 차별화하여 지속적으로 검출해 내는 것이 관건”이라고 강조 했다. 또한 “개발 된 콘택트렌즈는 다양한 바이오 대상체의 검출을 위한 플랫폼으로 진화할 예정이며, 합병증 진단, 신약개발, 정보통신 기술 연계 등으로 응용 분야를 확장 할 계획”이라고 밝혔다. 공동 연구자인 강동경희대학교병원의 강자헌 교수는, “눈물은 매일 일정량이 지속적으로 생성되기 때문에 눈물을 통한 당뇨 여부 판단은 그 어떤 방법보다 간편하고, 정확한 방법이 될 것”이라며, “각 분야 전문가들이 머리를 맞대고 연구한 만큼 성과도 만족스럽다”고 전했다. KIST의 미래융합기술연구본부를 기반으로 하는 해당 연구팀은, 센서, 재료, 시스템 등 다양한 분야의 전문가들이 참여한 BT/NT/ET/IT 융합 연구팀으로 2011년부터 스마트 콘택트렌즈 개발을 위한 기술을 연구해오고 있으며, 조만간 상용화 가능한 기술을 완성할 것으로 전망 했다. 연구팀은 현재 센서 시스템 및 미소유체 제어 기술과 별개로 스마트 콘택트렌즈에 적용할 수 있는 통신 장치, 에너지 저장 장치 및 에너지 생성 장치에 대한 기술도 함께 개발하고 있고, 일정 부분 기술적 성과를 거둔 것으로 알려지고 있으며, 최근 한국 지식재산전략원과 함께 이 분야에 대한 IP전략을 점검하기도 했다. ○ 연구진 Dr. 송용원, 책임연구원, 계면제어연구센터, KIST Dr. 최지원, 책임연구원, 전자재료연구센터, KIST Dr. 김진석, 책임연구원, 바이오닉스연구단, KIST Dr, 이현정, 선임연구원, 스핀융합연구센터, KIST Dr. 이지연, 선임연구원, 화학키노믹스연구센터, KIST Prof. 강자헌, 안과교수, 강동경희대학교병원 Prof. 정인경, 내과교수, 강동경희대학교병원 Prof. 김병섭, 전기전자공학과, 포항공과대학교 ○ 그림자료 <그림1> 개발된 콘택트렌즈형 지속/자가 구동 당뇨센서 개념도 ○ 특허정보 [KIST K06845] ‘비침습형 건강지표 모니터링 시스템 및 이용 방법’, 국내 특허 출원 번호 10-2014-0006857 (2014년 1월 20일).

안녕하세요. 한국과학기술연구원 (KIST)에 근무 기록이 없습니다. 혹시 한국과학기술정보연구원 (KISTI) 콘텐츠 큐레이션센터와 혼동하신 것이 아닌지 확인 부탁드립니다. 감사합니다.

안녕하세요, 제목처럼, 2020년 9월부터 11월까지 콘텐츠큐레이션센터 데이터구축사업 참여자로 근무를 했었습니다. 해당 근무에 대한 경력증명서 발급 요청드립니다. 감사합니다.

- 이중 층 구조의 신 물질 개발하여 고질적 전류 손실 문제 해결 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 김진영 박사팀과 계산과학연구센터 김동훈 박사팀은 한국과학기술원(KAIST, 총장 신성철) 신소재공학과 정연식 교수팀과의 공동연구를 통해 퀀텀닷 태양전지의 고질적 문제였던 전류 손실을 막아 전지효율을 기존 대비 47% 상승시켜, 퀀텀닷 태양전지의 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다. 퀀텀닷(Quantum Dot) 태양전지는 생산비용이 저렴하고, 안정성이 뛰어나 기존에 상용화되어 있는 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 하지만 퀀텀닷 태양전지는 에너지 전환 효율이 충분하지 못해 상용화에 큰 어려움을 겪고 있었다. 최근 KIST 연구진이 퀀텀닷 태양전지의 에너지 효율을 상승시키는 기술을 개발하여 관련 학계와 산업계의 주목을 받고 있다. 퀀텀닷 태양전지의 구성요소인 ‘정공수송층’은 태양전지 내부에 전류가 흐를 수 있게 하는 핵심적인 역할을 한다. 빛을 흡수하여 전기 에너지를 생성하는 과정에서 이 층에서 상당한 전류 손실이 발생하는데 이를 최소화하는 것이 퀀텀닷 태양전지 성능 향상의 핵심 키였다. 이를 해결하기 위해 전 세계 많은 연구진이 새로운 정공수송층 재료를 개발 시도했지만, 소재 내부에 전류의 흐름을 방해하는 쌍극자(dipole)가 발생되어 번번이 실패로 이어지는 실정이었다. KIST-KAIST 공동연구진은 쌍극자를 제거하기 위해 원자 단위의 조절이 가능한 양자역학 이론(밀도범함수론)을 활용하여 이중 층 구조의 신(新) 물질(α-6T/PEDOT:PSS)을 개발하였다. 이를 통해, 태양전지 내 전류 손실을 기존의 20% 수준으로 감소시켜, 전지효율을 기존대비 47% 향상시켰다. 연구진은 신개념의 소재가 향후 관련 학계나 산업계에서 널리 사용되는 소재로 자리 잡길 기대하고 있다. 또한, 본 연구를 바탕으로 누설전류를 더욱 감소시키려는 꾸준한 실험과 결과가 이어진다면, 경쟁 소자인 실리콘 또는 페로브스카이트 태양전지를 능가하는 차세대 태양전지로서의 상용화를 기대하고 있다. KIST 김진영 박사는 “이번 성과는 향후 퀀텀닷 태양전지의 에너지 전환효율을 높이기 위한 다양한 실험적 노력에 올바른 방향을 제시할 것으로 기대한다.”라고 말하며, “이를 바탕으로 출력전압과 전류를 극대화시켜, 차세대 태양전지로 자리매김하는데 기여할 것”이라고 포부를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 미래소재디스커버리사업으로 수행되었으며, 연구결과는 소재 분야 최고 권위지인 ‘Advanced Energy Materials’ (IF: 24.884, JCR 분야 상위 0.392%) 최신 호에 게재되었으며, 표지논문으로 게재될 예정이다. * (논문명) Suppressing Interfacial Dipoles to Minimize Open-Circuit Voltage Loss in Quantum Dot Photovoltaics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김동훈 선임연구원 - (제 1저자) 한국과학기술원 임훈희 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김진영 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술원 정연식 부교수 <그림설명> [그림 1] Advanced Energy Materials 커버 이미지 KIST-KAIST 공동연구진이 개발한 이중 층 구조의 신(新) 물질(α-6T/PEDOT:PSS)의 모식도 [그림 2] (a) 퀀텀 닷 태양전지의 밴드 구조 (a-1) 물질들의 독립적인 밴드구조 (a-2) 단일 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 물질 접합 시 밴드구조 (a-3) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 물질 접합 시 밴드 구조 (b) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 효율 양상 (b-1) 이종 물질 접합 시 전하의 이동을 시각화 (b-2) 이론 시뮬레이션을 통해 계산한 이종 물질 사이의 계면 쌍극자로 인한 밴드 구조의 뒤틀림 (c) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 효율 양상 (c-1) 기존 계면 물질과 본 연구에서 개발한 단일층 및 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 J-V 양상 (c-2) 이중층 계면물질 구조를 다른 물질에 확장, 단일층일 때와 이중층일 때를 비교한 J-V 양상

- 이중 층 구조의 신 물질 개발하여 고질적 전류 손실 문제 해결 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 김진영 박사팀과 계산과학연구센터 김동훈 박사팀은 한국과학기술원(KAIST, 총장 신성철) 신소재공학과 정연식 교수팀과의 공동연구를 통해 퀀텀닷 태양전지의 고질적 문제였던 전류 손실을 막아 전지효율을 기존 대비 47% 상승시켜, 퀀텀닷 태양전지의 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다. 퀀텀닷(Quantum Dot) 태양전지는 생산비용이 저렴하고, 안정성이 뛰어나 기존에 상용화되어 있는 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 하지만 퀀텀닷 태양전지는 에너지 전환 효율이 충분하지 못해 상용화에 큰 어려움을 겪고 있었다. 최근 KIST 연구진이 퀀텀닷 태양전지의 에너지 효율을 상승시키는 기술을 개발하여 관련 학계와 산업계의 주목을 받고 있다. 퀀텀닷 태양전지의 구성요소인 ‘정공수송층’은 태양전지 내부에 전류가 흐를 수 있게 하는 핵심적인 역할을 한다. 빛을 흡수하여 전기 에너지를 생성하는 과정에서 이 층에서 상당한 전류 손실이 발생하는데 이를 최소화하는 것이 퀀텀닷 태양전지 성능 향상의 핵심 키였다. 이를 해결하기 위해 전 세계 많은 연구진이 새로운 정공수송층 재료를 개발 시도했지만, 소재 내부에 전류의 흐름을 방해하는 쌍극자(dipole)가 발생되어 번번이 실패로 이어지는 실정이었다. KIST-KAIST 공동연구진은 쌍극자를 제거하기 위해 원자 단위의 조절이 가능한 양자역학 이론(밀도범함수론)을 활용하여 이중 층 구조의 신(新) 물질(α-6T/PEDOT:PSS)을 개발하였다. 이를 통해, 태양전지 내 전류 손실을 기존의 20% 수준으로 감소시켜, 전지효율을 기존대비 47% 향상시켰다. 연구진은 신개념의 소재가 향후 관련 학계나 산업계에서 널리 사용되는 소재로 자리 잡길 기대하고 있다. 또한, 본 연구를 바탕으로 누설전류를 더욱 감소시키려는 꾸준한 실험과 결과가 이어진다면, 경쟁 소자인 실리콘 또는 페로브스카이트 태양전지를 능가하는 차세대 태양전지로서의 상용화를 기대하고 있다. KIST 김진영 박사는 “이번 성과는 향후 퀀텀닷 태양전지의 에너지 전환효율을 높이기 위한 다양한 실험적 노력에 올바른 방향을 제시할 것으로 기대한다.”라고 말하며, “이를 바탕으로 출력전압과 전류를 극대화시켜, 차세대 태양전지로 자리매김하는데 기여할 것”이라고 포부를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 미래소재디스커버리사업으로 수행되었으며, 연구결과는 소재 분야 최고 권위지인 ‘Advanced Energy Materials’ (IF: 24.884, JCR 분야 상위 0.392%) 최신 호에 게재되었으며, 표지논문으로 게재될 예정이다. * (논문명) Suppressing Interfacial Dipoles to Minimize Open-Circuit Voltage Loss in Quantum Dot Photovoltaics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김동훈 선임연구원 - (제 1저자) 한국과학기술원 임훈희 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김진영 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술원 정연식 부교수 <그림설명> [그림 1] Advanced Energy Materials 커버 이미지 KIST-KAIST 공동연구진이 개발한 이중 층 구조의 신(新) 물질(α-6T/PEDOT:PSS)의 모식도 [그림 2] (a) 퀀텀 닷 태양전지의 밴드 구조 (a-1) 물질들의 독립적인 밴드구조 (a-2) 단일 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 물질 접합 시 밴드구조 (a-3) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 물질 접합 시 밴드 구조 (b) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 효율 양상 (b-1) 이종 물질 접합 시 전하의 이동을 시각화 (b-2) 이론 시뮬레이션을 통해 계산한 이종 물질 사이의 계면 쌍극자로 인한 밴드 구조의 뒤틀림 (c) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 효율 양상 (c-1) 기존 계면 물질과 본 연구에서 개발한 단일층 및 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 J-V 양상 (c-2) 이중층 계면물질 구조를 다른 물질에 확장, 단일층일 때와 이중층일 때를 비교한 J-V 양상

- 이중 층 구조의 신 물질 개발하여 고질적 전류 손실 문제 해결 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 김진영 박사팀과 계산과학연구센터 김동훈 박사팀은 한국과학기술원(KAIST, 총장 신성철) 신소재공학과 정연식 교수팀과의 공동연구를 통해 퀀텀닷 태양전지의 고질적 문제였던 전류 손실을 막아 전지효율을 기존 대비 47% 상승시켜, 퀀텀닷 태양전지의 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다. 퀀텀닷(Quantum Dot) 태양전지는 생산비용이 저렴하고, 안정성이 뛰어나 기존에 상용화되어 있는 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 하지만 퀀텀닷 태양전지는 에너지 전환 효율이 충분하지 못해 상용화에 큰 어려움을 겪고 있었다. 최근 KIST 연구진이 퀀텀닷 태양전지의 에너지 효율을 상승시키는 기술을 개발하여 관련 학계와 산업계의 주목을 받고 있다. 퀀텀닷 태양전지의 구성요소인 ‘정공수송층’은 태양전지 내부에 전류가 흐를 수 있게 하는 핵심적인 역할을 한다. 빛을 흡수하여 전기 에너지를 생성하는 과정에서 이 층에서 상당한 전류 손실이 발생하는데 이를 최소화하는 것이 퀀텀닷 태양전지 성능 향상의 핵심 키였다. 이를 해결하기 위해 전 세계 많은 연구진이 새로운 정공수송층 재료를 개발 시도했지만, 소재 내부에 전류의 흐름을 방해하는 쌍극자(dipole)가 발생되어 번번이 실패로 이어지는 실정이었다. KIST-KAIST 공동연구진은 쌍극자를 제거하기 위해 원자 단위의 조절이 가능한 양자역학 이론(밀도범함수론)을 활용하여 이중 층 구조의 신(新) 물질(α-6T/PEDOT:PSS)을 개발하였다. 이를 통해, 태양전지 내 전류 손실을 기존의 20% 수준으로 감소시켜, 전지효율을 기존대비 47% 향상시켰다. 연구진은 신개념의 소재가 향후 관련 학계나 산업계에서 널리 사용되는 소재로 자리 잡길 기대하고 있다. 또한, 본 연구를 바탕으로 누설전류를 더욱 감소시키려는 꾸준한 실험과 결과가 이어진다면, 경쟁 소자인 실리콘 또는 페로브스카이트 태양전지를 능가하는 차세대 태양전지로서의 상용화를 기대하고 있다. KIST 김진영 박사는 “이번 성과는 향후 퀀텀닷 태양전지의 에너지 전환효율을 높이기 위한 다양한 실험적 노력에 올바른 방향을 제시할 것으로 기대한다.”라고 말하며, “이를 바탕으로 출력전압과 전류를 극대화시켜, 차세대 태양전지로 자리매김하는데 기여할 것”이라고 포부를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 미래소재디스커버리사업으로 수행되었으며, 연구결과는 소재 분야 최고 권위지인 ‘Advanced Energy Materials’ (IF: 24.884, JCR 분야 상위 0.392%) 최신 호에 게재되었으며, 표지논문으로 게재될 예정이다. * (논문명) Suppressing Interfacial Dipoles to Minimize Open-Circuit Voltage Loss in Quantum Dot Photovoltaics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김동훈 선임연구원 - (제 1저자) 한국과학기술원 임훈희 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김진영 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술원 정연식 부교수 <그림설명> [그림 1] Advanced Energy Materials 커버 이미지 KIST-KAIST 공동연구진이 개발한 이중 층 구조의 신(新) 물질(α-6T/PEDOT:PSS)의 모식도 [그림 2] (a) 퀀텀 닷 태양전지의 밴드 구조 (a-1) 물질들의 독립적인 밴드구조 (a-2) 단일 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 물질 접합 시 밴드구조 (a-3) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 물질 접합 시 밴드 구조 (b) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 효율 양상 (b-1) 이종 물질 접합 시 전하의 이동을 시각화 (b-2) 이론 시뮬레이션을 통해 계산한 이종 물질 사이의 계면 쌍극자로 인한 밴드 구조의 뒤틀림 (c) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 효율 양상 (c-1) 기존 계면 물질과 본 연구에서 개발한 단일층 및 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 J-V 양상 (c-2) 이중층 계면물질 구조를 다른 물질에 확장, 단일층일 때와 이중층일 때를 비교한 J-V 양상

- 이중 층 구조의 신 물질 개발하여 고질적 전류 손실 문제 해결 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 김진영 박사팀과 계산과학연구센터 김동훈 박사팀은 한국과학기술원(KAIST, 총장 신성철) 신소재공학과 정연식 교수팀과의 공동연구를 통해 퀀텀닷 태양전지의 고질적 문제였던 전류 손실을 막아 전지효율을 기존 대비 47% 상승시켜, 퀀텀닷 태양전지의 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다. 퀀텀닷(Quantum Dot) 태양전지는 생산비용이 저렴하고, 안정성이 뛰어나 기존에 상용화되어 있는 실리콘 태양전지를 대체할 차세대 태양전지로 각광받고 있다. 하지만 퀀텀닷 태양전지는 에너지 전환 효율이 충분하지 못해 상용화에 큰 어려움을 겪고 있었다. 최근 KIST 연구진이 퀀텀닷 태양전지의 에너지 효율을 상승시키는 기술을 개발하여 관련 학계와 산업계의 주목을 받고 있다. 퀀텀닷 태양전지의 구성요소인 ‘정공수송층’은 태양전지 내부에 전류가 흐를 수 있게 하는 핵심적인 역할을 한다. 빛을 흡수하여 전기 에너지를 생성하는 과정에서 이 층에서 상당한 전류 손실이 발생하는데 이를 최소화하는 것이 퀀텀닷 태양전지 성능 향상의 핵심 키였다. 이를 해결하기 위해 전 세계 많은 연구진이 새로운 정공수송층 재료를 개발 시도했지만, 소재 내부에 전류의 흐름을 방해하는 쌍극자(dipole)가 발생되어 번번이 실패로 이어지는 실정이었다. KIST-KAIST 공동연구진은 쌍극자를 제거하기 위해 원자 단위의 조절이 가능한 양자역학 이론(밀도범함수론)을 활용하여 이중 층 구조의 신(新) 물질(α-6T/PEDOT:PSS)을 개발하였다. 이를 통해, 태양전지 내 전류 손실을 기존의 20% 수준으로 감소시켜, 전지효율을 기존대비 47% 향상시켰다. 연구진은 신개념의 소재가 향후 관련 학계나 산업계에서 널리 사용되는 소재로 자리 잡길 기대하고 있다. 또한, 본 연구를 바탕으로 누설전류를 더욱 감소시키려는 꾸준한 실험과 결과가 이어진다면, 경쟁 소자인 실리콘 또는 페로브스카이트 태양전지를 능가하는 차세대 태양전지로서의 상용화를 기대하고 있다. KIST 김진영 박사는 “이번 성과는 향후 퀀텀닷 태양전지의 에너지 전환효율을 높이기 위한 다양한 실험적 노력에 올바른 방향을 제시할 것으로 기대한다.”라고 말하며, “이를 바탕으로 출력전압과 전류를 극대화시켜, 차세대 태양전지로 자리매김하는데 기여할 것”이라고 포부를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST의 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 미래소재디스커버리사업으로 수행되었으며, 연구결과는 소재 분야 최고 권위지인 ‘Advanced Energy Materials’ (IF: 24.884, JCR 분야 상위 0.392%) 최신 호에 게재되었으며, 표지논문으로 게재될 예정이다. * (논문명) Suppressing Interfacial Dipoles to Minimize Open-Circuit Voltage Loss in Quantum Dot Photovoltaics - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김동훈 선임연구원 - (제 1저자) 한국과학기술원 임훈희 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김진영 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술원 정연식 부교수 <그림설명> [그림 1] Advanced Energy Materials 커버 이미지 KIST-KAIST 공동연구진이 개발한 이중 층 구조의 신(新) 물질(α-6T/PEDOT:PSS)의 모식도 [그림 2] (a) 퀀텀 닷 태양전지의 밴드 구조 (a-1) 물질들의 독립적인 밴드구조 (a-2) 단일 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 물질 접합 시 밴드구조 (a-3) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 물질 접합 시 밴드 구조 (b) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 효율 양상 (b-1) 이종 물질 접합 시 전하의 이동을 시각화 (b-2) 이론 시뮬레이션을 통해 계산한 이종 물질 사이의 계면 쌍극자로 인한 밴드 구조의 뒤틀림 (c) 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 효율 양상 (c-1) 기존 계면 물질과 본 연구에서 개발한 단일층 및 이중층 계면물질을 적용한 퀀텀닷 태양전지의 J-V 양상 (c-2) 이중층 계면물질 구조를 다른 물질에 확장, 단일층일 때와 이중층일 때를 비교한 J-V 양상