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본 사업팀은 하이브리드 에너지 하비스팅 연구팀으로 경희대학교 응용물리학과에 소속되어 있다. 팀장은 이호선, 팀원은 최석호, 이종수, 손종역으로 4명의 교수와 약 20명의 대학원생으로 이루어져 있다.
최근 전 세계적인 에너지, 환경문제가 부각됨에 따라 신재생 에너지 분야의 연구가 매우 활발하게 진행되고 있다. 경희대학교 응용물리학과 “나노구조 응용 재생에너지 신물질 및 소자연구팀”은 나노소재 및 소자의 양자현상 연구를 통해 신재생에너지로써 태양광, 열전, 압전을 이용한 에너지 하비스팅 기술을 구현하고 있다. 이 분야에 교육과 연구를 집중함으로써 에너지 분야 세계 최고 수준의 전문 인력을 양성하고자 한다.
이를 실현하기 위하여 국내외 산학연협력을 통해 산업계의 요구에 부응하는 실질적인 교육을 제공할 것이며 해외 선진그룹과의 활발한 국제공동연구를 수행함으로써 세계 수준의 전문 인력을 양성할 것이다. 실제로태양광, 열전, 압전연구와 관련있는 삼성종합기술원, 삼성전자 LED, 루미지엔테크, SK Innovation, 포스코, LG전자, 한국표준과학연구원, 한국전기연구원, 세라믹기술원, 성균관대학교 등과 공동연구를 진행하면서 학생들을 참여 시키고 있다. 국제협력으로는 호주 ANU 전자재료공학과에 매년 2~3명의 석박사 과정 학생을 파견하고 있고, 독일 Fraunhofer 연구소, Max-Plank 연구소 등과 교육의 국제협력을 계획하고 있다.
- 국내 산학연 협력 : 에너지 관련 대기업, 중견기업, 정부출원연구소와 학생파견에 의한 현장교육 사업을 진행
- 국제 협력 : 호주 ANU 전자재료공학과 학생파견 진행, 독일 Fraunhofer 연구소, Max-Plank 연구소와 학생 교류협력 추진
- 태양광, 열전, 압전 에너지 하비스팅 융합교육의 완성
<하이브리드 에너지 하비스팅 연구팀의 산학협력 및 국제협력체계>
나노 · 에너지소재 및 소자물리에 특화를 둔 차별화 된 교육을 제공함으로써 최근 전 세계적으로 대두되고있는 에너지 분야의 고도화 된 전문 인력을 양성하는 것을 목표로 하고 있다.
- 세계 유수의 에너지 · 소재 기업과 국내 대기업 및 중견기업에 필수적인 나노 · 에너지 소재 및 소자 분야 세계 최고
수준의 고급 R&D 인력 양성
- 국제 수준의 나노 · 에너지 분야 대학원 과정의 벤치마킹을 통한 대학원 교육과정의 개선
- 국내외 나노 · 에너지 분야 기업체, 학교, 연구소와의 활발한 공동연구 및 인적 교류
- 석박사 과정 학생들의 재정지원 확충 - 석박사 과정 학생들의 해외학회 발표 및 해외 연수를 진작하여 나노 · 에너지
분야의 글로벌 R&D 리더 양성
<교육목표>
본 연구팀은 저차원 나노소재들을 기반으로 하여 태양전지, 열전, 그리고 압전 발전기술들을 각각 개발하고 이들의 하이브리드화를 통하여 에너지 하비스팅 효율을 극대화시는 것을 연구목표로 설정하고 있다.
이를 위해서 그래핀, 위상절연체, 다강체 등 물리학계의 최신 연구들을 바탕으로 차세대 나노소재 개발을 위한 연구를 수행한다.
기본 양자물리현상의 이해로부터 에너지 하비스팅 기술을 구현하는 개념은 세계에서도 그 실례를 찾기 어려운 독창적 접근이다.
따라서 이 과정에서 세계적 수준의 연구결과들이 도출될 것으로 기대된다.
또한, 에너지 하비스팅 분야 뿐 만 아니라 반도체, 광학, 메모리 등의 다양한 분야들로 확장됨으로써, 세계적 수준의 연구역량을 갖춘 석박사 연구인력을 양성, 배출할 것이다. 본 연구팀은 현재 4명의 참여교수들과 2명의 박사급 참여연구원들을 중심으로 하여 18명의 대학원생들이 연구수행에 직접적으로 참여하고 있다.
이들 구성원들은 연구가 진행됨에 따라 그 역량이 더욱 발휘할 것으로 예상된다. 현재 본 연구팀의 참여교수들은 본 연구와 관련된 연구과제들을 수행하고 있으며, 이를 위해서 원자힘 현미경 기반의 태양전지 및 압전 발전기 분석 장비, 열전물성 측정 장비, 저온 고자장 물성 측정장비인 PPMS (physical property measurement system) 등 세계적인 수준의 연구역량을 발휘하기 위한 장비들을 구축하였으며, 세계적 수준의 연구결과들을 누구보다 빠른 시간 내에 얻을 수 있도록 만전을 기하고 있다. 현재 본 연구팀의 연구실적들은 세계적인 수준에 도달하고 있으며, 본 연구가 진행되면 세계적 수준을 능가하는 연구결과들이 산출될 것이다. 또한, 이 연구결과들을 기반으로 우수한 연구 역량을 갖춘 신임교수, 연구박사, 연구교수 및 대학원생들의 신진연구인력들을 지속적으로 확보할 것이다.
- 그래핀, 위상절연체, 다강체 등의 양자물성 연구를 통한 혁신적 에너지 하비스팅 기술 개발
- 세계적 수준의 고가 측정장비 구축
- 참여 연구자들의 세계적 연구성과 창출
- 우수한 연구역량을 갖춘 연구인력 보강
최고 성능의 태양전지, 압전, 열전소재 개발
① 금속 산화물 저차원 태양전지 개발
목표 : 금속산화물 나노구조 태양전지 효율 최적화를 통한 All 금속 산화물 나노구조 태양전지기술 개발
- 금속 산화물 박막 및 나노선 연구 : 금속 산화물 박막의 p-도핑 및 계면특성 연구, 금속 산화물 나노구조 제작
- 금속 산화물 나노구조 태양전지 개발 : 금속 산화물 p-/n-나노구조 제작, Buffer 층 이용한 금속 산화물 나노구조 개발
② 열전소재 개발
목표 : ZT≥2.0 열전소재 개발 및 열전/태양전지/압전 병합소자 개발
- 자연초격자 band engineering, 자연초격자 저차원 파이얼스 왜곡유도에 의한 고효율 물성제어 발현 → 저차원
자연초격자 물성 최적화, 양자물성 연구, 저가 합성공정 연구
- 위상부도체 자연 나노 상분리 → 나노 상분리 계면에서의 위상보존 특성 규명
③ 태양광/압전 하이브리드 발전소자 개발
목표 : 태양광/압전/열전 하이브리드 에너지 하비스팅 소자기술 개발
- 친환경 유전체 박막소재 개발 → 압전계수의 극대화 및 강유전 도메인 조절
- 진동을 이용하는 압전발전 구조 설계 → 바람의 진동을 이용하는 압전 발전구조 설계
- 열전소자기술의 접목으로 태양광/열전/압전 하이브리드 하비스팅 기술 개발
④ 그래핀 투명전극 태양전지 개발
목표 : 그래핀 기반의 태양전지/압전/열전 병합구조 설계 및 제작
- 대면적 그래핀 제작 및 도핑기술 개발 → 투명도 80 % 이상 달성 및 면저항, 일함수 조절에 의한 투명전극
특성 최적화 → 고품질 그래핀의 저비용 대량생산 기술 개발
- 투명전극 수용체로써의 그래핀 탐색 → 그래핀 기반의 하이브리드 전극 개발
- 그래핀 기반의 태양전지 설계
외부 협력
- 국내 : 삼성종합기술원, 삼성전자, 한국전기연구원, 한국표준과학연구원, 한국세라믹기술원, 성균관대학교,
충남대학교
- 국외 : CALTECH(美), NIMS(日), Max-Plank Institute(獨), Fraunhofer Institute(獨), 호주국립대학교,
호주 RMIT 대학, 미국 럿거스대학
<추진전략>
관련분야 기술교류 및 협력을 통한 시너지 창출
① 해외 학회 및 국내외 연구자 초청 기술교류회 (년 2회)를 통한 신재생에너지 기술 동향 파악 및 나노소재 기술개발
교류
- 해외 학회 참석 연구교류
- 전문기술 교류회
- 기술세미나 개최
② 해외 최고 연구자와 협력 및 교류
공동 연구자들간의 유기적 역할분담
- 이호선 교수: 금속산화물 저차원 태양전지 소재개발 및 물성연구
- 최석호 교수: 그래핀 투명전극 태양전지 개발 및 물성연구, 그래핀-금속 하이브리드 전극 태양전지 개발 및 물성연구
- 이종수 교수: 저차원 전자계 열전소재 개발 및 물성연구
- 손종역 교수: 태양광/압전 하이브리드 발전소자 개발 및 물성연구
<교육프로그램의 국제화>
연구방법의 우수성
- 저차원 나노소재 기반의 하이브리드 에너지 하비스팅 기술 개념은 매우 독창적인 방법으로써 이 방법이 성공할 경우 획기적인 에너지 하비스팅 기술로 자리매김할 것이다.
- 단순 기술개발이 아닌 양자물성 연구부터 근본적 물리적 원리부터 출발하는 방식으로 학문적 탁월성이 높이 평가되는 방법이다.
- 각자 태양광, 열전, 압전의 고효율화 연구에 있어서도 매우 그래핀, 나노구조 및 위상부도체 등 최첨단 물리원리가
결합된 새로운 방법으로 접근한다.
<태양광, 압전, 열전 하이브리드 발전 소자의 개념도>