GIST 신소재공학부 생체전자재료 연구실(Bio-Electronics Materials Laboratory, 지도교수 윤명한)에서 2016년에 박사학위를 받은 박성준 박사* 공동 연구팀은 초박형 유기 태양 전지를 유기 전기 화학 트랜지스터와 한 평면에 결합하고, 피부에 붙여 넣기 형식의 초박형 센서를 개발하여 ‘피부 부착형 심전도 측정 장치’를 제작하는데 성공했다.
피부에 붙일 수 있는 센서가 배터리 교환 등의 전원 문제에서 해방되어 장시간 안정적으로 생체 정보를 모니터링하고 유지할 수 있다면 건강관리를 지속적으로 실시 할 수 있는 무선 인터넷(IoT) 사회의 실질적 실현이 가능할 것으로 기대된다.
신축성 있는 얇은 유기 태양 전지는 저전압으로 구동 가능한 마이크로 센서와 연결하여 장시간 안정적으로 구동 가능하다.
최근 피부와 옷감에 밀착시켜 열적 안정성 및 물리적 변화에 강한 내구성을 갖는 유기태양 전지가 보고되면서 차세대 센서용 전원으로 주목을 받고 있다.
박성준 박사는 이화학연구소 및 동경대학교 연구팀과 공동연구를 통해 나노 스케일의 규칙적인 선상의 요철 패턴인 ‘나노 요철 구조’ 를 초박형 유기 기판 위에 형성하는데 성공하였다.
주기적인 나노 격자 구조가 빛의 굴절률을 조정하여 태양 전지 표면에서의 빛의 반사를 감소시키고 동시에 박막 내부에서의 광산란 증강과 금속 전극의 표면 플라즈몬 공명 효과를 일으킴으로써 효율적으로 입사광을 에너지 생성에 이용할 수 있게 되었다.
그 결과, 제작한 태양 전지의 에너지 변환 효율(태양 에너지를 전기로 변환하는 효율)은 현재까지 보고된 플렉서블 유기 태양 전지의 세계 최고 효율 10.5%를 달성함과 동시에 광 입사각 의존성도 크게 감소됐다.
박성준 박사는 “본 연구를 통해 전력 소비 및 인체에 미치는 영향을 걱정하지 않고 지속적으로 생체 정보를 취득하기 위한 요소 기술을 실현했다며, 취득한 생체 정보를 처리하는 회로 및 무선 전송 시스템과 통합함으로써 추후 차세대 자립 기반 센서 시스템의 기반 기술을 제공할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 GIST 신소재공학부 생체전자재료 연구실(Bio-Electronics Materials Laboratory, 지도교수 윤명한)에서 박사학위를 받은 박성준 박사(現 삼성종합기술원, Staff Researcher), 허수원 박사(現 Postdoctoral Researcher, 이화학연구소), 이원령 박사(現 Postdoctoral Researcher, KAIST)가 제1공동저자로 연구를 주도하고 켄지로 후쿠다(Research Scientist, 이화학연구소), 케이슈케 타지마(Team leader, 이화학연구소) 타카오 소메야 교수(동경대)가 공동 교신저자 참여하였으며, 세계적 귄위의 과학저널인 네이처(Nature, 논문명: Self-powered ultra-flexible electronics via nano-grating-patterned organic photovoltaics)지에 2018년 9월 27일자 게재되었다.
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