- 백금 대체 가능한 탄소계 코어쉘 구조의 고활성/고내구성 나노 촉매 개발 - 연료전지 구동 시 고가의 백금 촉매와 유사한 성능, 향후 차세대 촉매 연구 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀은 충남대학교 정남기 교수와의 공동연구를 통해, 최근 차세대 연료전지로 각광받고 있는 알칼라인 연료전지*의 고가 백금 촉매를 대체할 수 있는 저가형 촉매를 개발했다고 밝혔다. *알칼라인 연료전지 : 알칼라인 조건에서 수소와 산소의 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 에너지 변환 장치로써, 에너지 발생 단계에서 물밖에 배출하지 않는 친환경 에너지원 연료전지의 전극에서는 산소환원반응**이 발생하는데, 이는 전지 효율을 결정하는데 가장 핵심이 되는 요소이다. 산소환원반응은 연료전지의 반응 속도를 느리게 하고, 전지의 효율을 높이기 어렵게 하는 주원인이다. 기존 알칼라인 연료전지는 이러한 산소환원반응에 전기화학적 활성이 우수한 백금 기반의 합금 나노 입자를 사용하는 것이 일반적이었다. 그러나 백금계열 촉매는 내구성이 부족하고 가격이 비싸다는 한계를 갖고 있었다. **산소환원반응 : 산소에 전자와 물을 반응시켜 수산화물을 생성하는 환원 반응. (O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-) 최근 백금 소재를 대체하기 위해 탄소계 촉매 연구가 활발하게 진행 중이다. 현재까지 개발된 탄소계 소재 촉매들은 우수한 산소환원반응 활성을 보이지만, 실제 알칼라인 연료전지 구동 시 산소환원반응의 활성화 지점을 알 수 없어 성능을 높이는 데 한계가 있었다. KIST 연구진은 최근 연구를 통해 고가의 백금계 촉매를 대체할 수 있는 탄소계 촉매를 개발하여 연료전지 성능과 내구성을 향상시키는데 성공했다. 이번에 개발된 촉매는 코발트 재질의 코어에 그래핀 구조의 탄소 껍질을 갖는 코어-쉘(Core-Shell) 구조***로서 성능과 내구성은 물론 경제성까지 갖춘 매우 우수한 소재이다. KIST 연구팀은 코어-쉘 구조를 통해 반응면적을 극대화하여 상용 백금 촉매와 유사한 구조의 전극을 형성하였고, 이를 통해 우수한 연료전지 성능을 구현해 내었다. ***코어-쉘(Core-Shell) 구조 : 가운데에 위치한 ‘코어’ 물질을 ‘쉘’ 물질이 껍데기처럼 둘러싼 구조 KIST-충남대학교 공동연구진은 코발트 금속 위에 그래핀 껍질을 형성할 경우 그래핀 표면에 산소환원반응에 유리한 전자구조가 만들어진다는 사실을 밝혀내었다. 또한 연료전지 핵심인 전극소재를 기존 탄소계 소재보다 3배 이상 얇게 만들었음에도 불구하고 상용 백금계 소재와 유사한 성능을 구현함으로써 비백금계 촉매의 상용화시기를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다. KIST 유성종 박사는 “최근 알칼라인 연료전지를 상용화하기 위한 핵심 소재 연구가 활발하게 진행되고 있는데, 이번 연구를 통해 아직까지 명확하게 밝혀지지 않은 산소환원반응의 활성점을 규명하고, 실제 연료전지 구동에 핵심이 되는 전극 소재의 새로운 개발 방향을 제시했다.”고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템 연구사업으로 수행되었다. 충남대학교와의 공동 연구로 진행된 이번 연구는 에너지 환경 분야 저명 학술지인 ‘Energy & Environmental Science’ (IF: 33.25, JCR 분야 상위 0.20%)의 최신호에 표지논문(Back Cover)으로 게재되었다. * (논문명) Work function-tailored graphene via transition metal encapsulation as a highly active and durable catalyst for the oxygen reduction reaction - (제 1저자) KIST 수소·연료전지연구단 장주혁 연구원(박사과정) 충남대학교 에너지과학기술대학원 Monika Sharma 박사 - (교신저자) KIST 수소·연료전지연구단 유성종 책임연구원 충남대학교 에너지과학기술대학원 정남기 교수 <그림설명> [그림 1] 탄소계 코어쉘 구조 나노 촉매 연구 개념 모식도 (a) 코어쉘 구조에 따른 그래핀 표면 일함수 변화 (b) 개발된 촉매의 3차원 구조 그래핀 쉘 형성에 따른 반응 면적 변화 [그림 2] (a) 코발트 코어-그래핀 쉘 구조 나노 촉매 합성 방법 및 실제 형상 (b) 알칼라인 연료전지 구동 시 성능 결과

- 백금 대체 가능한 탄소계 코어쉘 구조의 고활성/고내구성 나노 촉매 개발 - 연료전지 구동 시 고가의 백금 촉매와 유사한 성능, 향후 차세대 촉매 연구 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀은 충남대학교 정남기 교수와의 공동연구를 통해, 최근 차세대 연료전지로 각광받고 있는 알칼라인 연료전지*의 고가 백금 촉매를 대체할 수 있는 저가형 촉매를 개발했다고 밝혔다. *알칼라인 연료전지 : 알칼라인 조건에서 수소와 산소의 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 에너지 변환 장치로써, 에너지 발생 단계에서 물밖에 배출하지 않는 친환경 에너지원 연료전지의 전극에서는 산소환원반응**이 발생하는데, 이는 전지 효율을 결정하는데 가장 핵심이 되는 요소이다. 산소환원반응은 연료전지의 반응 속도를 느리게 하고, 전지의 효율을 높이기 어렵게 하는 주원인이다. 기존 알칼라인 연료전지는 이러한 산소환원반응에 전기화학적 활성이 우수한 백금 기반의 합금 나노 입자를 사용하는 것이 일반적이었다. 그러나 백금계열 촉매는 내구성이 부족하고 가격이 비싸다는 한계를 갖고 있었다. **산소환원반응 : 산소에 전자와 물을 반응시켜 수산화물을 생성하는 환원 반응. (O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-) 최근 백금 소재를 대체하기 위해 탄소계 촉매 연구가 활발하게 진행 중이다. 현재까지 개발된 탄소계 소재 촉매들은 우수한 산소환원반응 활성을 보이지만, 실제 알칼라인 연료전지 구동 시 산소환원반응의 활성화 지점을 알 수 없어 성능을 높이는 데 한계가 있었다. KIST 연구진은 최근 연구를 통해 고가의 백금계 촉매를 대체할 수 있는 탄소계 촉매를 개발하여 연료전지 성능과 내구성을 향상시키는데 성공했다. 이번에 개발된 촉매는 코발트 재질의 코어에 그래핀 구조의 탄소 껍질을 갖는 코어-쉘(Core-Shell) 구조***로서 성능과 내구성은 물론 경제성까지 갖춘 매우 우수한 소재이다. KIST 연구팀은 코어-쉘 구조를 통해 반응면적을 극대화하여 상용 백금 촉매와 유사한 구조의 전극을 형성하였고, 이를 통해 우수한 연료전지 성능을 구현해 내었다. ***코어-쉘(Core-Shell) 구조 : 가운데에 위치한 ‘코어’ 물질을 ‘쉘’ 물질이 껍데기처럼 둘러싼 구조 KIST-충남대학교 공동연구진은 코발트 금속 위에 그래핀 껍질을 형성할 경우 그래핀 표면에 산소환원반응에 유리한 전자구조가 만들어진다는 사실을 밝혀내었다. 또한 연료전지 핵심인 전극소재를 기존 탄소계 소재보다 3배 이상 얇게 만들었음에도 불구하고 상용 백금계 소재와 유사한 성능을 구현함으로써 비백금계 촉매의 상용화시기를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다. KIST 유성종 박사는 “최근 알칼라인 연료전지를 상용화하기 위한 핵심 소재 연구가 활발하게 진행되고 있는데, 이번 연구를 통해 아직까지 명확하게 밝혀지지 않은 산소환원반응의 활성점을 규명하고, 실제 연료전지 구동에 핵심이 되는 전극 소재의 새로운 개발 방향을 제시했다.”고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템 연구사업으로 수행되었다. 충남대학교와의 공동 연구로 진행된 이번 연구는 에너지 환경 분야 저명 학술지인 ‘Energy & Environmental Science’ (IF: 33.25, JCR 분야 상위 0.20%)의 최신호에 표지논문(Back Cover)으로 게재되었다. * (논문명) Work function-tailored graphene via transition metal encapsulation as a highly active and durable catalyst for the oxygen reduction reaction - (제 1저자) KIST 수소·연료전지연구단 장주혁 연구원(박사과정) 충남대학교 에너지과학기술대학원 Monika Sharma 박사 - (교신저자) KIST 수소·연료전지연구단 유성종 책임연구원 충남대학교 에너지과학기술대학원 정남기 교수 <그림설명> [그림 1] 탄소계 코어쉘 구조 나노 촉매 연구 개념 모식도 (a) 코어쉘 구조에 따른 그래핀 표면 일함수 변화 (b) 개발된 촉매의 3차원 구조 그래핀 쉘 형성에 따른 반응 면적 변화 [그림 2] (a) 코발트 코어-그래핀 쉘 구조 나노 촉매 합성 방법 및 실제 형상 (b) 알칼라인 연료전지 구동 시 성능 결과

- 백금 대체 가능한 탄소계 코어쉘 구조의 고활성/고내구성 나노 촉매 개발 - 연료전지 구동 시 고가의 백금 촉매와 유사한 성능, 향후 차세대 촉매 연구 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀은 충남대학교 정남기 교수와의 공동연구를 통해, 최근 차세대 연료전지로 각광받고 있는 알칼라인 연료전지*의 고가 백금 촉매를 대체할 수 있는 저가형 촉매를 개발했다고 밝혔다. *알칼라인 연료전지 : 알칼라인 조건에서 수소와 산소의 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 에너지 변환 장치로써, 에너지 발생 단계에서 물밖에 배출하지 않는 친환경 에너지원 연료전지의 전극에서는 산소환원반응**이 발생하는데, 이는 전지 효율을 결정하는데 가장 핵심이 되는 요소이다. 산소환원반응은 연료전지의 반응 속도를 느리게 하고, 전지의 효율을 높이기 어렵게 하는 주원인이다. 기존 알칼라인 연료전지는 이러한 산소환원반응에 전기화학적 활성이 우수한 백금 기반의 합금 나노 입자를 사용하는 것이 일반적이었다. 그러나 백금계열 촉매는 내구성이 부족하고 가격이 비싸다는 한계를 갖고 있었다. **산소환원반응 : 산소에 전자와 물을 반응시켜 수산화물을 생성하는 환원 반응. (O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-) 최근 백금 소재를 대체하기 위해 탄소계 촉매 연구가 활발하게 진행 중이다. 현재까지 개발된 탄소계 소재 촉매들은 우수한 산소환원반응 활성을 보이지만, 실제 알칼라인 연료전지 구동 시 산소환원반응의 활성화 지점을 알 수 없어 성능을 높이는 데 한계가 있었다. KIST 연구진은 최근 연구를 통해 고가의 백금계 촉매를 대체할 수 있는 탄소계 촉매를 개발하여 연료전지 성능과 내구성을 향상시키는데 성공했다. 이번에 개발된 촉매는 코발트 재질의 코어에 그래핀 구조의 탄소 껍질을 갖는 코어-쉘(Core-Shell) 구조***로서 성능과 내구성은 물론 경제성까지 갖춘 매우 우수한 소재이다. KIST 연구팀은 코어-쉘 구조를 통해 반응면적을 극대화하여 상용 백금 촉매와 유사한 구조의 전극을 형성하였고, 이를 통해 우수한 연료전지 성능을 구현해 내었다. ***코어-쉘(Core-Shell) 구조 : 가운데에 위치한 ‘코어’ 물질을 ‘쉘’ 물질이 껍데기처럼 둘러싼 구조 KIST-충남대학교 공동연구진은 코발트 금속 위에 그래핀 껍질을 형성할 경우 그래핀 표면에 산소환원반응에 유리한 전자구조가 만들어진다는 사실을 밝혀내었다. 또한 연료전지 핵심인 전극소재를 기존 탄소계 소재보다 3배 이상 얇게 만들었음에도 불구하고 상용 백금계 소재와 유사한 성능을 구현함으로써 비백금계 촉매의 상용화시기를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다. KIST 유성종 박사는 “최근 알칼라인 연료전지를 상용화하기 위한 핵심 소재 연구가 활발하게 진행되고 있는데, 이번 연구를 통해 아직까지 명확하게 밝혀지지 않은 산소환원반응의 활성점을 규명하고, 실제 연료전지 구동에 핵심이 되는 전극 소재의 새로운 개발 방향을 제시했다.”고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템 연구사업으로 수행되었다. 충남대학교와의 공동 연구로 진행된 이번 연구는 에너지 환경 분야 저명 학술지인 ‘Energy & Environmental Science’ (IF: 33.25, JCR 분야 상위 0.20%)의 최신호에 표지논문(Back Cover)으로 게재되었다. * (논문명) Work function-tailored graphene via transition metal encapsulation as a highly active and durable catalyst for the oxygen reduction reaction - (제 1저자) KIST 수소·연료전지연구단 장주혁 연구원(박사과정) 충남대학교 에너지과학기술대학원 Monika Sharma 박사 - (교신저자) KIST 수소·연료전지연구단 유성종 책임연구원 충남대학교 에너지과학기술대학원 정남기 교수 <그림설명> [그림 1] 탄소계 코어쉘 구조 나노 촉매 연구 개념 모식도 (a) 코어쉘 구조에 따른 그래핀 표면 일함수 변화 (b) 개발된 촉매의 3차원 구조 그래핀 쉘 형성에 따른 반응 면적 변화 [그림 2] (a) 코발트 코어-그래핀 쉘 구조 나노 촉매 합성 방법 및 실제 형상 (b) 알칼라인 연료전지 구동 시 성능 결과

- 백금 대체 가능한 탄소계 코어쉘 구조의 고활성/고내구성 나노 촉매 개발 - 연료전지 구동 시 고가의 백금 촉매와 유사한 성능, 향후 차세대 촉매 연구 기여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 수소·연료전지연구단 유성종 박사팀은 충남대학교 정남기 교수와의 공동연구를 통해, 최근 차세대 연료전지로 각광받고 있는 알칼라인 연료전지*의 고가 백금 촉매를 대체할 수 있는 저가형 촉매를 개발했다고 밝혔다. *알칼라인 연료전지 : 알칼라인 조건에서 수소와 산소의 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 에너지 변환 장치로써, 에너지 발생 단계에서 물밖에 배출하지 않는 친환경 에너지원 연료전지의 전극에서는 산소환원반응**이 발생하는데, 이는 전지 효율을 결정하는데 가장 핵심이 되는 요소이다. 산소환원반응은 연료전지의 반응 속도를 느리게 하고, 전지의 효율을 높이기 어렵게 하는 주원인이다. 기존 알칼라인 연료전지는 이러한 산소환원반응에 전기화학적 활성이 우수한 백금 기반의 합금 나노 입자를 사용하는 것이 일반적이었다. 그러나 백금계열 촉매는 내구성이 부족하고 가격이 비싸다는 한계를 갖고 있었다. **산소환원반응 : 산소에 전자와 물을 반응시켜 수산화물을 생성하는 환원 반응. (O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-) 최근 백금 소재를 대체하기 위해 탄소계 촉매 연구가 활발하게 진행 중이다. 현재까지 개발된 탄소계 소재 촉매들은 우수한 산소환원반응 활성을 보이지만, 실제 알칼라인 연료전지 구동 시 산소환원반응의 활성화 지점을 알 수 없어 성능을 높이는 데 한계가 있었다. KIST 연구진은 최근 연구를 통해 고가의 백금계 촉매를 대체할 수 있는 탄소계 촉매를 개발하여 연료전지 성능과 내구성을 향상시키는데 성공했다. 이번에 개발된 촉매는 코발트 재질의 코어에 그래핀 구조의 탄소 껍질을 갖는 코어-쉘(Core-Shell) 구조***로서 성능과 내구성은 물론 경제성까지 갖춘 매우 우수한 소재이다. KIST 연구팀은 코어-쉘 구조를 통해 반응면적을 극대화하여 상용 백금 촉매와 유사한 구조의 전극을 형성하였고, 이를 통해 우수한 연료전지 성능을 구현해 내었다. ***코어-쉘(Core-Shell) 구조 : 가운데에 위치한 ‘코어’ 물질을 ‘쉘’ 물질이 껍데기처럼 둘러싼 구조 KIST-충남대학교 공동연구진은 코발트 금속 위에 그래핀 껍질을 형성할 경우 그래핀 표면에 산소환원반응에 유리한 전자구조가 만들어진다는 사실을 밝혀내었다. 또한 연료전지 핵심인 전극소재를 기존 탄소계 소재보다 3배 이상 얇게 만들었음에도 불구하고 상용 백금계 소재와 유사한 성능을 구현함으로써 비백금계 촉매의 상용화시기를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다. KIST 유성종 박사는 “최근 알칼라인 연료전지를 상용화하기 위한 핵심 소재 연구가 활발하게 진행되고 있는데, 이번 연구를 통해 아직까지 명확하게 밝혀지지 않은 산소환원반응의 활성점을 규명하고, 실제 연료전지 구동에 핵심이 되는 전극 소재의 새로운 개발 방향을 제시했다.”고 연구 의의를 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 기후변화대응기술개발사업, 글로벌프론티어 멀티스케일에너지시스템 연구사업으로 수행되었다. 충남대학교와의 공동 연구로 진행된 이번 연구는 에너지 환경 분야 저명 학술지인 ‘Energy & Environmental Science’ (IF: 33.25, JCR 분야 상위 0.20%)의 최신호에 표지논문(Back Cover)으로 게재되었다. * (논문명) Work function-tailored graphene via transition metal encapsulation as a highly active and durable catalyst for the oxygen reduction reaction - (제 1저자) KIST 수소·연료전지연구단 장주혁 연구원(박사과정) 충남대학교 에너지과학기술대학원 Monika Sharma 박사 - (교신저자) KIST 수소·연료전지연구단 유성종 책임연구원 충남대학교 에너지과학기술대학원 정남기 교수 <그림설명> [그림 1] 탄소계 코어쉘 구조 나노 촉매 연구 개념 모식도 (a) 코어쉘 구조에 따른 그래핀 표면 일함수 변화 (b) 개발된 촉매의 3차원 구조 그래핀 쉘 형성에 따른 반응 면적 변화 [그림 2] (a) 코발트 코어-그래핀 쉘 구조 나노 촉매 합성 방법 및 실제 형상 (b) 알칼라인 연료전지 구동 시 성능 결과

- 고품질 무연 페로브스카이트 나노소재 제조 원천기술 개발 - 원천기술을 활용한 기술 응용 및 상업화에 획기적 계기 마련 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 기능성복합소재연구센터 김태욱 센터장 연구팀은 전남대학교(총장 정병석) 이상현 교수 연구팀과 공동연구를 통하여 인체에 유해한 납을 사용하지 않고, 차세대 태양전지 재료로 각광받는 나노소재인 페로브스카이트*의 합성법을 개발했다고 밝혔다. *페로브스카이트 : 육방면체의 특별한 구조를 가진 반도체 물질, 빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있다. 페로브스카이트는 육방면체의 특별한 구조를 가진 반도체 물질을 일컫는다. 빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있어서 고체 상태의 조명, 레이저 등의 산업 분야에 응용되고 있으며, 최근에는 태양전지 산업에서도 크게 주목받고 있다. 우수한 효율과 좁은 파장 너비로 인하여 기존의 재료보다 뛰어난 색 재현율을 보이는 페로브스카이트는 비교적 간단한 제조 공정으로 높은 발광율과 선명한 색을 구현할 수 있어, 미래 디스플레이의 유망 소재로도 전 세계적으로 각광받는 추세이다. 하지만, 현재까지의 연구는 페로브스카이트의 합성된 나노 구조체의 성능 극대화를 위하여 납(Pb) 성분을 활용하고 있다. 중금속인 납 성분은 세계 각국에서 오염과 인체에 일으키는 피해에 주목하고 있으며, 더 나아가 사용 및 수출·입 제한을 두는 실정이다. 페로브스카이트의 상용화를 위해서는 인체 및 환경에 유해한 납 성분이 들어가지 않은 합성법의 개발이 필수적으로 해결해야할 우선 과제였다. 이에, KIST 연구팀은 다양한 시도 끝에 유해한 납 대신 희토류계 원소인 이터븀(Ytterbium, 원자번호 70번)를 사용하여 고품질, 고균일도를 가지는 페로브스카이트 나노소재 합성에 성공하였으며, 이를 활용하여 고성능 광검출기 소자를 제작한 결과를 보고하였다. 또한, 연구팀은 극저온 분광학적 방법을 통해 합성된 이터븀(Ytterbium, Yb)기반 페로브스카이트 나노소재의 전하 운반체 동력학 메커니즘을 분석하여, 여기자-포논(phonon) 커플링 효과**를 관찰하였다. 이를 통해 해당 소재가 가지는 우수한 양자 효율과 더불어 좁은 파장 너비에 대한 원리를 효과적으로 규명할 수 있었다. **여기자-포논(phonon) 커플링 효과 : 물질이 빛을 흡수함으로써 생성된 여기자 (전자-정공의 쌍)와 물질의 격자 진동에너지를 뜻하는 포논의 겹침 현상. KIST 김태욱 센터장은 “이번 연구는 납이 들어가지 않은 페로브스카이트 나노소재 연구에 대한 새로운 활로를 제시함과 더불어, 해당 원소재의 응용 및 상업화를 위한 획기적인 계기가 될 것”이라고 밝혔으며, 전남대 이상현 교수는 “첨단소재에 사용되는 희토류계 원소를 페로브스카이트 나노소재에 도입함으로써 다양한 응용연구와 함께 신소재에 대한 원천기술 확보가 가능할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업 및 한국연구재단 나노？소재원천기술개발사업으로 수행되었으며, 국제적 재료화학분야의 권위지 어드벤스드 머터리얼스(Advanced Materials, IF: 25.809, JCR : 1.01%)에 최신호에 게재되었다. *(논문명) Rare-Earth-Element-Ytterbium Substituted Lead-Free Inorganic Perovskite Nanocrystals for Optoelectronic Applications - (제 1저자) 한국과학기술연구원 문병준 연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김상진 박사((現)삼성전자) - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이승민 학생연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 김태욱 센터장 - (교신저자) 전남대학교 이상현 교수 <그림설명> [그림 1] 합성된 페로스카이트 나노소재의 표면을 관찰한 TEM 및 SAED 패턴 이미지이다. 평균 나노소재 크기는 9.5 nm 이며, 내부 격자 (200) 간격은 0. 31 nm로 확인된다. [그림 2] 해당 페로브스카이트 나노소재의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 여기파장의 위치와는 상관없이 671 nm에서 강한 발광특성을 보이며, 저온 발광특성 분석을 통해 합성된 나노소재의 여기자 결합 에너지 (33 meV), 여기자와 다양한 종류의 포논과의 커플링 세기 등의 고유 물성을 확인할 수 있다. [그림 3] 해당 페로브스카이트 나노소재를 활용한 그래핀/페로브스카이트 나노소재 하이브리드 광검출기 소자 (Photodetector)의 측정 결과이다. 본 실험 결과 으로부터, 해당 소자는 뚜렷한 on-off 스위칭 현상을 보이며, 높은 광응답성 (Photoresponsivity, 2.4 X 103 A W-1)및 외부 양자효율 특성 (External quantum efficiency (EQE), 5.8 X 105%)을 보임을 확인 할 수 있다.

- 고품질 무연 페로브스카이트 나노소재 제조 원천기술 개발 - 원천기술을 활용한 기술 응용 및 상업화에 획기적 계기 마련 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 기능성복합소재연구센터 김태욱 센터장 연구팀은 전남대학교(총장 정병석) 이상현 교수 연구팀과 공동연구를 통하여 인체에 유해한 납을 사용하지 않고, 차세대 태양전지 재료로 각광받는 나노소재인 페로브스카이트*의 합성법을 개발했다고 밝혔다. *페로브스카이트 : 육방면체의 특별한 구조를 가진 반도체 물질, 빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있다. 페로브스카이트는 육방면체의 특별한 구조를 가진 반도체 물질을 일컫는다. 빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있어서 고체 상태의 조명, 레이저 등의 산업 분야에 응용되고 있으며, 최근에는 태양전지 산업에서도 크게 주목받고 있다. 우수한 효율과 좁은 파장 너비로 인하여 기존의 재료보다 뛰어난 색 재현율을 보이는 페로브스카이트는 비교적 간단한 제조 공정으로 높은 발광율과 선명한 색을 구현할 수 있어, 미래 디스플레이의 유망 소재로도 전 세계적으로 각광받는 추세이다. 하지만, 현재까지의 연구는 페로브스카이트의 합성된 나노 구조체의 성능 극대화를 위하여 납(Pb) 성분을 활용하고 있다. 중금속인 납 성분은 세계 각국에서 오염과 인체에 일으키는 피해에 주목하고 있으며, 더 나아가 사용 및 수출·입 제한을 두는 실정이다. 페로브스카이트의 상용화를 위해서는 인체 및 환경에 유해한 납 성분이 들어가지 않은 합성법의 개발이 필수적으로 해결해야할 우선 과제였다. 이에, KIST 연구팀은 다양한 시도 끝에 유해한 납 대신 희토류계 원소인 이터븀(Ytterbium, 원자번호 70번)를 사용하여 고품질, 고균일도를 가지는 페로브스카이트 나노소재 합성에 성공하였으며, 이를 활용하여 고성능 광검출기 소자를 제작한 결과를 보고하였다. 또한, 연구팀은 극저온 분광학적 방법을 통해 합성된 이터븀(Ytterbium, Yb)기반 페로브스카이트 나노소재의 전하 운반체 동력학 메커니즘을 분석하여, 여기자-포논(phonon) 커플링 효과**를 관찰하였다. 이를 통해 해당 소재가 가지는 우수한 양자 효율과 더불어 좁은 파장 너비에 대한 원리를 효과적으로 규명할 수 있었다. **여기자-포논(phonon) 커플링 효과 : 물질이 빛을 흡수함으로써 생성된 여기자 (전자-정공의 쌍)와 물질의 격자 진동에너지를 뜻하는 포논의 겹침 현상. KIST 김태욱 센터장은 “이번 연구는 납이 들어가지 않은 페로브스카이트 나노소재 연구에 대한 새로운 활로를 제시함과 더불어, 해당 원소재의 응용 및 상업화를 위한 획기적인 계기가 될 것”이라고 밝혔으며, 전남대 이상현 교수는 “첨단소재에 사용되는 희토류계 원소를 페로브스카이트 나노소재에 도입함으로써 다양한 응용연구와 함께 신소재에 대한 원천기술 확보가 가능할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업 및 한국연구재단 나노？소재원천기술개발사업으로 수행되었으며, 국제적 재료화학분야의 권위지 어드벤스드 머터리얼스(Advanced Materials, IF: 25.809, JCR : 1.01%)에 최신호에 게재되었다. *(논문명) Rare-Earth-Element-Ytterbium Substituted Lead-Free Inorganic Perovskite Nanocrystals for Optoelectronic Applications - (제 1저자) 한국과학기술연구원 문병준 연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김상진 박사((現)삼성전자) - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이승민 학생연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 김태욱 센터장 - (교신저자) 전남대학교 이상현 교수 <그림설명> [그림 1] 합성된 페로스카이트 나노소재의 표면을 관찰한 TEM 및 SAED 패턴 이미지이다. 평균 나노소재 크기는 9.5 nm 이며, 내부 격자 (200) 간격은 0. 31 nm로 확인된다. [그림 2] 해당 페로브스카이트 나노소재의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 여기파장의 위치와는 상관없이 671 nm에서 강한 발광특성을 보이며, 저온 발광특성 분석을 통해 합성된 나노소재의 여기자 결합 에너지 (33 meV), 여기자와 다양한 종류의 포논과의 커플링 세기 등의 고유 물성을 확인할 수 있다. [그림 3] 해당 페로브스카이트 나노소재를 활용한 그래핀/페로브스카이트 나노소재 하이브리드 광검출기 소자 (Photodetector)의 측정 결과이다. 본 실험 결과 으로부터, 해당 소자는 뚜렷한 on-off 스위칭 현상을 보이며, 높은 광응답성 (Photoresponsivity, 2.4 X 103 A W-1)및 외부 양자효율 특성 (External quantum efficiency (EQE), 5.8 X 105%)을 보임을 확인 할 수 있다.

- 고품질 무연 페로브스카이트 나노소재 제조 원천기술 개발 - 원천기술을 활용한 기술 응용 및 상업화에 획기적 계기 마련 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 기능성복합소재연구센터 김태욱 센터장 연구팀은 전남대학교(총장 정병석) 이상현 교수 연구팀과 공동연구를 통하여 인체에 유해한 납을 사용하지 않고, 차세대 태양전지 재료로 각광받는 나노소재인 페로브스카이트*의 합성법을 개발했다고 밝혔다. *페로브스카이트 : 육방면체의 특별한 구조를 가진 반도체 물질, 빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있다. 페로브스카이트는 육방면체의 특별한 구조를 가진 반도체 물질을 일컫는다. 빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있어서 고체 상태의 조명, 레이저 등의 산업 분야에 응용되고 있으며, 최근에는 태양전지 산업에서도 크게 주목받고 있다. 우수한 효율과 좁은 파장 너비로 인하여 기존의 재료보다 뛰어난 색 재현율을 보이는 페로브스카이트는 비교적 간단한 제조 공정으로 높은 발광율과 선명한 색을 구현할 수 있어, 미래 디스플레이의 유망 소재로도 전 세계적으로 각광받는 추세이다. 하지만, 현재까지의 연구는 페로브스카이트의 합성된 나노 구조체의 성능 극대화를 위하여 납(Pb) 성분을 활용하고 있다. 중금속인 납 성분은 세계 각국에서 오염과 인체에 일으키는 피해에 주목하고 있으며, 더 나아가 사용 및 수출·입 제한을 두는 실정이다. 페로브스카이트의 상용화를 위해서는 인체 및 환경에 유해한 납 성분이 들어가지 않은 합성법의 개발이 필수적으로 해결해야할 우선 과제였다. 이에, KIST 연구팀은 다양한 시도 끝에 유해한 납 대신 희토류계 원소인 이터븀(Ytterbium, 원자번호 70번)를 사용하여 고품질, 고균일도를 가지는 페로브스카이트 나노소재 합성에 성공하였으며, 이를 활용하여 고성능 광검출기 소자를 제작한 결과를 보고하였다. 또한, 연구팀은 극저온 분광학적 방법을 통해 합성된 이터븀(Ytterbium, Yb)기반 페로브스카이트 나노소재의 전하 운반체 동력학 메커니즘을 분석하여, 여기자-포논(phonon) 커플링 효과**를 관찰하였다. 이를 통해 해당 소재가 가지는 우수한 양자 효율과 더불어 좁은 파장 너비에 대한 원리를 효과적으로 규명할 수 있었다. **여기자-포논(phonon) 커플링 효과 : 물질이 빛을 흡수함으로써 생성된 여기자 (전자-정공의 쌍)와 물질의 격자 진동에너지를 뜻하는 포논의 겹침 현상. KIST 김태욱 센터장은 “이번 연구는 납이 들어가지 않은 페로브스카이트 나노소재 연구에 대한 새로운 활로를 제시함과 더불어, 해당 원소재의 응용 및 상업화를 위한 획기적인 계기가 될 것”이라고 밝혔으며, 전남대 이상현 교수는 “첨단소재에 사용되는 희토류계 원소를 페로브스카이트 나노소재에 도입함으로써 다양한 응용연구와 함께 신소재에 대한 원천기술 확보가 가능할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업 및 한국연구재단 나노？소재원천기술개발사업으로 수행되었으며, 국제적 재료화학분야의 권위지 어드벤스드 머터리얼스(Advanced Materials, IF: 25.809, JCR : 1.01%)에 최신호에 게재되었다. *(논문명) Rare-Earth-Element-Ytterbium Substituted Lead-Free Inorganic Perovskite Nanocrystals for Optoelectronic Applications - (제 1저자) 한국과학기술연구원 문병준 연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김상진 박사((現)삼성전자) - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이승민 학생연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 김태욱 센터장 - (교신저자) 전남대학교 이상현 교수 <그림설명> [그림 1] 합성된 페로스카이트 나노소재의 표면을 관찰한 TEM 및 SAED 패턴 이미지이다. 평균 나노소재 크기는 9.5 nm 이며, 내부 격자 (200) 간격은 0. 31 nm로 확인된다. [그림 2] 해당 페로브스카이트 나노소재의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 여기파장의 위치와는 상관없이 671 nm에서 강한 발광특성을 보이며, 저온 발광특성 분석을 통해 합성된 나노소재의 여기자 결합 에너지 (33 meV), 여기자와 다양한 종류의 포논과의 커플링 세기 등의 고유 물성을 확인할 수 있다. [그림 3] 해당 페로브스카이트 나노소재를 활용한 그래핀/페로브스카이트 나노소재 하이브리드 광검출기 소자 (Photodetector)의 측정 결과이다. 본 실험 결과 으로부터, 해당 소자는 뚜렷한 on-off 스위칭 현상을 보이며, 높은 광응답성 (Photoresponsivity, 2.4 X 103 A W-1)및 외부 양자효율 특성 (External quantum efficiency (EQE), 5.8 X 105%)을 보임을 확인 할 수 있다.

- 고품질 무연 페로브스카이트 나노소재 제조 원천기술 개발 - 원천기술을 활용한 기술 응용 및 상업화에 획기적 계기 마련 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 기능성복합소재연구센터 김태욱 센터장 연구팀은 전남대학교(총장 정병석) 이상현 교수 연구팀과 공동연구를 통하여 인체에 유해한 납을 사용하지 않고, 차세대 태양전지 재료로 각광받는 나노소재인 페로브스카이트*의 합성법을 개발했다고 밝혔다. *페로브스카이트 : 육방면체의 특별한 구조를 가진 반도체 물질, 빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있다. 페로브스카이트는 육방면체의 특별한 구조를 가진 반도체 물질을 일컫는다. 빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있어서 고체 상태의 조명, 레이저 등의 산업 분야에 응용되고 있으며, 최근에는 태양전지 산업에서도 크게 주목받고 있다. 우수한 효율과 좁은 파장 너비로 인하여 기존의 재료보다 뛰어난 색 재현율을 보이는 페로브스카이트는 비교적 간단한 제조 공정으로 높은 발광율과 선명한 색을 구현할 수 있어, 미래 디스플레이의 유망 소재로도 전 세계적으로 각광받는 추세이다. 하지만, 현재까지의 연구는 페로브스카이트의 합성된 나노 구조체의 성능 극대화를 위하여 납(Pb) 성분을 활용하고 있다. 중금속인 납 성분은 세계 각국에서 오염과 인체에 일으키는 피해에 주목하고 있으며, 더 나아가 사용 및 수출·입 제한을 두는 실정이다. 페로브스카이트의 상용화를 위해서는 인체 및 환경에 유해한 납 성분이 들어가지 않은 합성법의 개발이 필수적으로 해결해야할 우선 과제였다. 이에, KIST 연구팀은 다양한 시도 끝에 유해한 납 대신 희토류계 원소인 이터븀(Ytterbium, 원자번호 70번)를 사용하여 고품질, 고균일도를 가지는 페로브스카이트 나노소재 합성에 성공하였으며, 이를 활용하여 고성능 광검출기 소자를 제작한 결과를 보고하였다. 또한, 연구팀은 극저온 분광학적 방법을 통해 합성된 이터븀(Ytterbium, Yb)기반 페로브스카이트 나노소재의 전하 운반체 동력학 메커니즘을 분석하여, 여기자-포논(phonon) 커플링 효과**를 관찰하였다. 이를 통해 해당 소재가 가지는 우수한 양자 효율과 더불어 좁은 파장 너비에 대한 원리를 효과적으로 규명할 수 있었다. **여기자-포논(phonon) 커플링 효과 : 물질이 빛을 흡수함으로써 생성된 여기자 (전자-정공의 쌍)와 물질의 격자 진동에너지를 뜻하는 포논의 겹침 현상. KIST 김태욱 센터장은 “이번 연구는 납이 들어가지 않은 페로브스카이트 나노소재 연구에 대한 새로운 활로를 제시함과 더불어, 해당 원소재의 응용 및 상업화를 위한 획기적인 계기가 될 것”이라고 밝혔으며, 전남대 이상현 교수는 “첨단소재에 사용되는 희토류계 원소를 페로브스카이트 나노소재에 도입함으로써 다양한 응용연구와 함께 신소재에 대한 원천기술 확보가 가능할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업 및 한국연구재단 나노？소재원천기술개발사업으로 수행되었으며, 국제적 재료화학분야의 권위지 어드벤스드 머터리얼스(Advanced Materials, IF: 25.809, JCR : 1.01%)에 최신호에 게재되었다. *(논문명) Rare-Earth-Element-Ytterbium Substituted Lead-Free Inorganic Perovskite Nanocrystals for Optoelectronic Applications - (제 1저자) 한국과학기술연구원 문병준 연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김상진 박사((現)삼성전자) - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이승민 학생연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 김태욱 센터장 - (교신저자) 전남대학교 이상현 교수 <그림설명> [그림 1] 합성된 페로스카이트 나노소재의 표면을 관찰한 TEM 및 SAED 패턴 이미지이다. 평균 나노소재 크기는 9.5 nm 이며, 내부 격자 (200) 간격은 0. 31 nm로 확인된다. [그림 2] 해당 페로브스카이트 나노소재의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 여기파장의 위치와는 상관없이 671 nm에서 강한 발광특성을 보이며, 저온 발광특성 분석을 통해 합성된 나노소재의 여기자 결합 에너지 (33 meV), 여기자와 다양한 종류의 포논과의 커플링 세기 등의 고유 물성을 확인할 수 있다. [그림 3] 해당 페로브스카이트 나노소재를 활용한 그래핀/페로브스카이트 나노소재 하이브리드 광검출기 소자 (Photodetector)의 측정 결과이다. 본 실험 결과 으로부터, 해당 소자는 뚜렷한 on-off 스위칭 현상을 보이며, 높은 광응답성 (Photoresponsivity, 2.4 X 103 A W-1)및 외부 양자효율 특성 (External quantum efficiency (EQE), 5.8 X 105%)을 보임을 확인 할 수 있다.

- 고품질 무연 페로브스카이트 나노소재 제조 원천기술 개발 - 원천기술을 활용한 기술 응용 및 상업화에 획기적 계기 마련 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 기능성복합소재연구센터 김태욱 센터장 연구팀은 전남대학교(총장 정병석) 이상현 교수 연구팀과 공동연구를 통하여 인체에 유해한 납을 사용하지 않고, 차세대 태양전지 재료로 각광받는 나노소재인 페로브스카이트*의 합성법을 개발했다고 밝혔다. *페로브스카이트 : 육방면체의 특별한 구조를 가진 반도체 물질, 빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있다. 페로브스카이트는 육방면체의 특별한 구조를 가진 반도체 물질을 일컫는다. 빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있어서 고체 상태의 조명, 레이저 등의 산업 분야에 응용되고 있으며, 최근에는 태양전지 산업에서도 크게 주목받고 있다. 우수한 효율과 좁은 파장 너비로 인하여 기존의 재료보다 뛰어난 색 재현율을 보이는 페로브스카이트는 비교적 간단한 제조 공정으로 높은 발광율과 선명한 색을 구현할 수 있어, 미래 디스플레이의 유망 소재로도 전 세계적으로 각광받는 추세이다. 하지만, 현재까지의 연구는 페로브스카이트의 합성된 나노 구조체의 성능 극대화를 위하여 납(Pb) 성분을 활용하고 있다. 중금속인 납 성분은 세계 각국에서 오염과 인체에 일으키는 피해에 주목하고 있으며, 더 나아가 사용 및 수출·입 제한을 두는 실정이다. 페로브스카이트의 상용화를 위해서는 인체 및 환경에 유해한 납 성분이 들어가지 않은 합성법의 개발이 필수적으로 해결해야할 우선 과제였다. 이에, KIST 연구팀은 다양한 시도 끝에 유해한 납 대신 희토류계 원소인 이터븀(Ytterbium, 원자번호 70번)를 사용하여 고품질, 고균일도를 가지는 페로브스카이트 나노소재 합성에 성공하였으며, 이를 활용하여 고성능 광검출기 소자를 제작한 결과를 보고하였다. 또한, 연구팀은 극저온 분광학적 방법을 통해 합성된 이터븀(Ytterbium, Yb)기반 페로브스카이트 나노소재의 전하 운반체 동력학 메커니즘을 분석하여, 여기자-포논(phonon) 커플링 효과**를 관찰하였다. 이를 통해 해당 소재가 가지는 우수한 양자 효율과 더불어 좁은 파장 너비에 대한 원리를 효과적으로 규명할 수 있었다. **여기자-포논(phonon) 커플링 효과 : 물질이 빛을 흡수함으로써 생성된 여기자 (전자-정공의 쌍)와 물질의 격자 진동에너지를 뜻하는 포논의 겹침 현상. KIST 김태욱 센터장은 “이번 연구는 납이 들어가지 않은 페로브스카이트 나노소재 연구에 대한 새로운 활로를 제시함과 더불어, 해당 원소재의 응용 및 상업화를 위한 획기적인 계기가 될 것”이라고 밝혔으며, 전남대 이상현 교수는 “첨단소재에 사용되는 희토류계 원소를 페로브스카이트 나노소재에 도입함으로써 다양한 응용연구와 함께 신소재에 대한 원천기술 확보가 가능할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업 및 한국연구재단 나노？소재원천기술개발사업으로 수행되었으며, 국제적 재료화학분야의 권위지 어드벤스드 머터리얼스(Advanced Materials, IF: 25.809, JCR : 1.01%)에 최신호에 게재되었다. *(논문명) Rare-Earth-Element-Ytterbium Substituted Lead-Free Inorganic Perovskite Nanocrystals for Optoelectronic Applications - (제 1저자) 한국과학기술연구원 문병준 연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김상진 박사((現)삼성전자) - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이승민 학생연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 김태욱 센터장 - (교신저자) 전남대학교 이상현 교수 <그림설명> [그림 1] 합성된 페로스카이트 나노소재의 표면을 관찰한 TEM 및 SAED 패턴 이미지이다. 평균 나노소재 크기는 9.5 nm 이며, 내부 격자 (200) 간격은 0. 31 nm로 확인된다. [그림 2] 해당 페로브스카이트 나노소재의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 여기파장의 위치와는 상관없이 671 nm에서 강한 발광특성을 보이며, 저온 발광특성 분석을 통해 합성된 나노소재의 여기자 결합 에너지 (33 meV), 여기자와 다양한 종류의 포논과의 커플링 세기 등의 고유 물성을 확인할 수 있다. [그림 3] 해당 페로브스카이트 나노소재를 활용한 그래핀/페로브스카이트 나노소재 하이브리드 광검출기 소자 (Photodetector)의 측정 결과이다. 본 실험 결과 으로부터, 해당 소자는 뚜렷한 on-off 스위칭 현상을 보이며, 높은 광응답성 (Photoresponsivity, 2.4 X 103 A W-1)및 외부 양자효율 특성 (External quantum efficiency (EQE), 5.8 X 105%)을 보임을 확인 할 수 있다.

- 고품질 무연 페로브스카이트 나노소재 제조 원천기술 개발 - 원천기술을 활용한 기술 응용 및 상업화에 획기적 계기 마련 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 기능성복합소재연구센터 김태욱 센터장 연구팀은 전남대학교(총장 정병석) 이상현 교수 연구팀과 공동연구를 통하여 인체에 유해한 납을 사용하지 않고, 차세대 태양전지 재료로 각광받는 나노소재인 페로브스카이트*의 합성법을 개발했다고 밝혔다. *페로브스카이트 : 육방면체의 특별한 구조를 가진 반도체 물질, 빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있다. 페로브스카이트는 육방면체의 특별한 구조를 가진 반도체 물질을 일컫는다. 빛을 전기로 바꾸거나 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있어서 고체 상태의 조명, 레이저 등의 산업 분야에 응용되고 있으며, 최근에는 태양전지 산업에서도 크게 주목받고 있다. 우수한 효율과 좁은 파장 너비로 인하여 기존의 재료보다 뛰어난 색 재현율을 보이는 페로브스카이트는 비교적 간단한 제조 공정으로 높은 발광율과 선명한 색을 구현할 수 있어, 미래 디스플레이의 유망 소재로도 전 세계적으로 각광받는 추세이다. 하지만, 현재까지의 연구는 페로브스카이트의 합성된 나노 구조체의 성능 극대화를 위하여 납(Pb) 성분을 활용하고 있다. 중금속인 납 성분은 세계 각국에서 오염과 인체에 일으키는 피해에 주목하고 있으며, 더 나아가 사용 및 수출·입 제한을 두는 실정이다. 페로브스카이트의 상용화를 위해서는 인체 및 환경에 유해한 납 성분이 들어가지 않은 합성법의 개발이 필수적으로 해결해야할 우선 과제였다. 이에, KIST 연구팀은 다양한 시도 끝에 유해한 납 대신 희토류계 원소인 이터븀(Ytterbium, 원자번호 70번)를 사용하여 고품질, 고균일도를 가지는 페로브스카이트 나노소재 합성에 성공하였으며, 이를 활용하여 고성능 광검출기 소자를 제작한 결과를 보고하였다. 또한, 연구팀은 극저온 분광학적 방법을 통해 합성된 이터븀(Ytterbium, Yb)기반 페로브스카이트 나노소재의 전하 운반체 동력학 메커니즘을 분석하여, 여기자-포논(phonon) 커플링 효과**를 관찰하였다. 이를 통해 해당 소재가 가지는 우수한 양자 효율과 더불어 좁은 파장 너비에 대한 원리를 효과적으로 규명할 수 있었다. **여기자-포논(phonon) 커플링 효과 : 물질이 빛을 흡수함으로써 생성된 여기자 (전자-정공의 쌍)와 물질의 격자 진동에너지를 뜻하는 포논의 겹침 현상. KIST 김태욱 센터장은 “이번 연구는 납이 들어가지 않은 페로브스카이트 나노소재 연구에 대한 새로운 활로를 제시함과 더불어, 해당 원소재의 응용 및 상업화를 위한 획기적인 계기가 될 것”이라고 밝혔으며, 전남대 이상현 교수는 “첨단소재에 사용되는 희토류계 원소를 페로브스카이트 나노소재에 도입함으로써 다양한 응용연구와 함께 신소재에 대한 원천기술 확보가 가능할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업 및 한국연구재단 나노？소재원천기술개발사업으로 수행되었으며, 국제적 재료화학분야의 권위지 어드벤스드 머터리얼스(Advanced Materials, IF: 25.809, JCR : 1.01%)에 최신호에 게재되었다. *(논문명) Rare-Earth-Element-Ytterbium Substituted Lead-Free Inorganic Perovskite Nanocrystals for Optoelectronic Applications - (제 1저자) 한국과학기술연구원 문병준 연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김상진 박사((現)삼성전자) - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이승민 학생연구원 - (공저자) 한국과학기술연구원 김태욱 센터장 - (교신저자) 전남대학교 이상현 교수 <그림설명> [그림 1] 합성된 페로스카이트 나노소재의 표면을 관찰한 TEM 및 SAED 패턴 이미지이다. 평균 나노소재 크기는 9.5 nm 이며, 내부 격자 (200) 간격은 0. 31 nm로 확인된다. [그림 2] 해당 페로브스카이트 나노소재의 광학적 특성을 보여주는 결과이다. 여기파장의 위치와는 상관없이 671 nm에서 강한 발광특성을 보이며, 저온 발광특성 분석을 통해 합성된 나노소재의 여기자 결합 에너지 (33 meV), 여기자와 다양한 종류의 포논과의 커플링 세기 등의 고유 물성을 확인할 수 있다. [그림 3] 해당 페로브스카이트 나노소재를 활용한 그래핀/페로브스카이트 나노소재 하이브리드 광검출기 소자 (Photodetector)의 측정 결과이다. 본 실험 결과 으로부터, 해당 소자는 뚜렷한 on-off 스위칭 현상을 보이며, 높은 광응답성 (Photoresponsivity, 2.4 X 103 A W-1)및 외부 양자효율 특성 (External quantum efficiency (EQE), 5.8 X 105%)을 보임을 확인 할 수 있다.