- 식량이 아닌 목질계 바이오매스로부터 청정 바이오연료 생산 - 저해물질이 있는 상태에서도 고농도 바이오연료 생산 가능한 신규 미생물 개발 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 청정에너지연구센터 고자경, 이선미 박사팀은 목질계 바이오매스를 이용, 고농도의 바이오연료를 생산할 수 있는 미생물을 개발하여 2세대 바이오매스 상용화의 가능성을 크게 높였다고 밝혔다. 바이오연료는 온실가스 및 미세먼지를 저감시킬 수 있는 청정연료로서 전 세계적으로 휘발유나 경유에 혼합되어 사용되고 있다. 현재 바이오연료는 전분, 당, 식물성 기름 등과 같은 작물을 원료로 생산하고 있는데, 식량을 활용하여 연료를 만들어 낸다는 윤리적 논란이 있다. 이를 대체하기 위해 연간 생산량이 약 1000억 톤에 달할 만큼 지구상에 가장 풍부하게 존재하는 목질계 바이오매스를 원료로 활용하는 2세대 바이오연료 생산 기술이 개발되고 있다. 하지만 목질계 바이오매스는 전환공정에서 바이오연료를 생산하는 미생물의 활동을 억제하는 물질이 발생하여 생산 효율이 낮아지는 문제로 상용화되지 못하고 있었다. KIST 연구진은 이러한 미생물의 억제물질에 의한 성능 저하를 극복하여 고농도 바이오연료 생산이 가능한 신규 미생물을 개발했다. 유전자 가위를 이용하여 바이오연료 생산 미생물의 유전체를 편집하고, 자연계에서 발생하는 진화의 과정을 실험실 안에서 단시간 내에 효과적으로 유발하는 공법(적응진화공법)을 적용했다. 이를 통해 바이오연료 생산 미생물의 성능을 저해하는 대표적인 물질인 아세트산에 대한 저항성이 강화된 신규 미생물을 개발하였다. 이 신규 미생물을 활용하면 기존 바이오연료 생산 시 버려지던 성분으로부터 이론적 최대치의 98% 수율로 바이오연료를 생산할 수 있었다. 특히, 설탕을 추출하고 버려지는 사탕수수 부산물로는 세계최고의 수율로 바이오연료를 생산할 수 있었다. 또한, 그동안 개발된 바이오연료 생산 미생물은 특정 바이오연료만 생산할 수 있었던 것에 반해 KIST 연구진이 개발한 미생물은 유전자 가위를 이용한 유전체 편집기술을 활용하여 개발되었기 때문에, 추가적인 연구를 통하여 바이오연료뿐 아니라 바이오플라스틱, 바이오폴리머 등의 생산이 가능한 플랫폼 미생물로서도 활용 가능하다. KIST 이선미 박사는 “이번 연구성과는 기존에 상용화된 1세대 바이오연료의 한계를 넘어서 지속가능성과 경제성이 향상된 2세대 바이오연료의 상용화를 앞당길 수 있는 중요한 기술이 될 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 이공분야 기초연구사업(대통령Post-Doc.펠로우십)으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Global Change Biology Bioenergy’ (IF: 4.849, JCR 분야 상위 0.562%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Improved bioconversion of lignocellulosic biomass by Saccharomyces cerevisiae engineered for tolerance to acetic acid - (제 1저자) 한국과학기술연구원 고자경 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 이선미 선임연구원 <그림설명> [그림 1] 고효율 바이오연료 생산 미생물 개발 전략 모식도

- 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

- 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