교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)은 김상우 성균관대 교수와 이근영 박사과정생(제1저자), 최덕현 교수(경희대, 공동교신저자), 종린 왕 미국 조지아텍 교수가 '유·무기물 하이브리드 구조'를 이용해 효율이 높은 압전 에너지 발전소자를 만드는데 성공하고, 구동 메커니즘을 규명했다고 27일 밝혔다.

연구성과는 나노과학 분야의 권위 있는 학술지인 'Nano Letters'지 온라인 속보에 16일자로 게재됐다. (논문명: P-Type Polymer-Hybridized High-Performance Piezoelectric Nanogenerators)

현재 전 세계적으로 활발히 연구되고 있는 압전 에너지 발전소자는 무기물 압전 반도체 물질을 기반으로 하고 있는데, 물질 내부에 존재하는 자유전자로 인해 압전 효율이 높지 못한 것으로 알려져 있다.

이에 김 교수팀은 무기물 압전 반도체 내부에 존재하는 자유전자를 효과적으로 제거해 고효율의 압전 에너지 발전소자를 구현하고자, n형의 무기물 압전 반도체 물질(산화아연, ZnO)과 p형의 폴리머 물질(P3HT)을 나노구조로 제어·접합시켜, P3HT 내부에 존재하는 정공과 산화아연 내부에 존재하는 자유전자와의 결합을 유도해 압전 효율을 크게 증가시켰다.

유·무기물 하이브리드 구조를 이용한 압전 에너지 발전소자는 무기물 압전 반도체만을 이용한 압전 에너지 발전소자보다 에너지 변환효율이 36배 이상 대폭 증가됐다. 이 결과를 바탕으로 연구팀은 배터리와 같이 외부의 전력공급원 없이 유·무기물 하이브리드 구조를 이용한 압전 에너지 발전소자만으로 적색, 녹색, 청색 발광다이오드(LED)를 구현하는데 성공했다.

연구결과는 전문가들 사이에서 차세대 에너지 기술 분야에서 획기적인 발전을 이룬 것으로 평가받고 있다.

김상우 교수는 "이번 연구성과는 차세대 친환경 에너지 소자인 압전 에너지 발전소자의 실용화시기를 크게 앞당겨 국내·외 에너지 시장에 큰 파급효과가 있을 것으로 기대한다"라고 말했다.