원자 몇 개 정도의 두께를 가지는 반도체 p-n 접합의 모식도. 상하 수직면에 단원자층의 그래핀을 전극으로 사용했다. - 고려대 제공

 

이철호 고려대 KU-KIST 융합대학원 교수와 김필립 미국 하버드대 물리학과 교수팀이 반도체의 접합면 두께를 줄여 고효율 태양전지를 만들 수 있는 방법을 찾았다.

 

  ‘p-n 접합’은 전기적 성질이 서로 다른 두 반도체 물질을 접합해 가장 기본적인 소자를 만드는 반도체 제작 기술이다. 기초기술로 널리 쓰이고 있지만 p-n 접합면의 두꺼운 두께 때문에 기존 실리콘 반도체의 소자 동작속도가 제한되고 효율도 떨어지는 문제가 있었다.

 

  연구팀은 서로 다른 두 가지 종류의 2차원 반도체 전이금속 칼코겐 화합물을 수직으로 쌓아 p-n 접합면의 두께를 기존 대비 100분의 1로 줄였다. 그 결과 전자가 이동해야 하는 거리가 최소화돼 속도는 물론 효율 또한 증대되는 것으로 나타났다.

 

  연구팀은 여기서 그치지 않고 전이금속 칼코겐 화합물 대신 단원자층 그래핀을 이용해 소자 전체의 두께를 원자 몇 개 수준으로 줄이는 데도 성공했다.

 

  이 교수는 “이번 향후 초고속‧고효율 광전자소자 개발 및 신개념 투명 유연소자 응용 연구에 초석이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

 

  이번 연구성과는 ‘네이처 나노네크놀로지’ 11일자에 실렸다.

 

이우상 기자 idol@donga.com