▲ 최경진 UNIST 교수.

초고효율 및 저가형 태양전지뿐만 아니라 LED, 광검출기, 나노 레이져 등에 폭넓은 응용이 가능한 웨이퍼 스케일의 나노와이어 대면적 합성기술이 국내연구진에 의해 개발됐다.

미래창조과학부(장관 최문기)는 울산과학기술대학교(UNIST) 최경진 교수 공동 연구팀이 화합물 반도체(III-V 반도체) 나노선을 이용한 웨이퍼 스케일의 대면적 합성 기술을 세계 최초로 개발했다고 10일 밝혔다.

나노선(nanowire)은 단면의 지름이 수십에서 수 나노미터 정도인 극미세선으로 트랜지스터, 메모리, 센서 등 첨단 전기전자 소자를 개발하는데 핵심적인 미래기술이다.

지금까지 반도체 나노선은 주로 금속나노입자를 촉매로 사용하거나 나노패터닝 기술을 이용하여 합성해 왔다. 이 경우 금속촉매가 반도체의 특성을 떨어뜨리는 불순물로 작용하거나 고비용·장시간의 나노패터닝 공정에 의존하기 때문에 대면적 대량생산에는 근본적으로 한계가 있다.

공동 연구팀은 이런 한계를 극복하고자 실리콘 기판과 III-V 반도체 물질 사이의 격자상수 차이에서 발생하는 스트레인(strain, 압력에 따른 변형)을 이용해 무촉매, 무패턴 방식으로 반도체 나노선을 성장시켰다. 또한 실리콘 기판의 표면처리 기술을 개발하여 화합물 반도체인 InAsP 나노선을 2인치 실리콘 웨이퍼 상에 균일하게 성장하는 기술을 세계 최초로 개발했다.

이런 무촉매, 무패턴 InAsP 반도체 나노선 대면적 합성기술을 기반으로 세계 최고 수준의 나노선 태양전지 시현에 성공했다.

이번에 개발된 기술을 통해 성장된 나노선은 기판과의 계면이 무결점일 뿐만 아니라 금속촉매에 의한 반도체 특성저하를 원천적으로 해결함으로써 향후 나노구조 태양전지, LED, 광검출 센서 등 새로운 기술 분야에서 다양하게 응용이 가능할 것으로 기대된다.

최 교수는 “이 기술을 한 단계 더 발전시켜 나노선의 밀도와 밴드갭 에너지를 조절하게 되면, 나노선이 흡수하는 태양빛의 광량 및 파장을 마음대로 제어할 수 있다”며, “제4세대 초고효율·저가형 태양전지의 대면적 생산이 가능해져 향후 세계 신재생 에너지 산업에서 선도적 위치를 차지할 수 있을 것”이라고 말했다.

한편, UNIST 기계 및 신소재공학과 최경진 교수와 한국광기술원 신재철 박사팀이 공동으로 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단(이사장 이승종)이 지원하는 나노·소재기술개발사업의 지원을 받아 수행됐고, 나노분야의 세계적인 과학저널인 ‘ACS Nano’지 5월17일자 온라인 판에 게재된 바 있다.