양자점은 크기가 달라짐에 따라 광전기 특성이 변화하는 소재로 크기가 커지면 산소나 물 등에 접촉하는 공간이 발생해 산화됨으로써 대기안정성이 떨어진다는 문제가 있었다. 공동 연구팀은 세계 최초로 대기노출에 안정한 직경 1.5나노미터(nm) 크기의 황화납(PbS) 양자점을 합성했다.
또 범밀도함수이론을 바탕으로 황화납 양자점의 크기에 따라 모양이 팔면체에서 육팔면체로 바뀌는 현상을 규명했으며, 이러한 모양 변화가 양자점의 대기안정성 특성에 직접적인 영향을 준다는 사실을 최초로 밝혀냈다.
공동연구팀은 양자점 표면 분자를 효과적으로 제어하여 양자점 모양 변화를 자유자재로 조절할 수 있게 돼 이를 통해 기존 양자점 소재의 대기안정성에 관한 기술한계를 원천적으로 극복할 수 있을 것으로 예상했다.
양자점의 대기안정성을 확보하는 문제는 최근 태양전지, 바이오 이미징 등의 분야에서 중요한 이슈로 제기돼 왔다. 따라서 이번 연구 결과는 향후 양자점을 이용한 차세대 신기술 개발에 중요한 역할을 수행할 것으로 기대된다.
정소희 박사는 “이번 연구를 통해 저가·고효율의 차세대 광전변환소자로 각광을 받고 있는 양자점 태양전지 기술의 중요한 난제였던 안정성 문제를 해결할 것으로 기대된다”면서 “이 기술을 기계연이 보유 중인 세계 최고수준의 고효율 양자점 태양전지 제작기술에 접목시킬 계획”이라고 말했다.
이번 연구결과는 화학분야 최고권위지인 ‘미국화학회지(JACS)’에 커뮤니케이션으로 게재됐다.
