나노기술원, 사물인터넷용 센서플랫폼·태양전지 반도체 개발

이경민 입력 2017. 4. 26. 13:13 수정 2017. 4. 26. 20:04
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한국나노기술원이 사물인터넷(IoT) 센서기술을 한단계 끌어올릴 반도체 플랫폼과 전기변환율을 높인 고효율 태양전지 개발에 성공했다.

한국나노기술원(원장 이대훈)은 최근 사물인터넷용 고성능 센서 플랫폼 개발에 성공, 산학연에 공급한다고 26일 밝혔다.

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한국나노기술원이 사물인터넷(IoT) 센서기술을 한단계 끌어올릴 반도체 플랫폼과 전기변환율을 높인 고효율 태양전지 개발에 성공했다.

한국나노기술원(원장 이대훈)은 최근 사물인터넷용 고성능 센서 플랫폼 개발에 성공, 산학연에 공급한다고 26일 밝혔다. 연구는 미래창조과학부가 지원하고 한국연구재단이 시행하는 선행공정플랫폼 기술개발사업 지원을 받았다.

센서는 주변 신호나 물리·화학·생물학적 자극을 받아 전기신호로 변화하는 장치다. 반도체센서, 미세전자제어센서(MEMS), 나노센서, 융복합센서 등으로 나뉜다. 이 가운데 기술원이 개발한 플랫폼은 질화갈륨기반 고전자이동도트랜지스터(HEMT) 반도체다.

왼쪽은 고전자이동도트랜지스터(HEMT) 개념도. 오른쪽은 기술원이 개발한 HEMT센서.

HEMT 게이트에 검지물질을 위치시키면 2차원 전자층(2DEG)이 반도체 표면의 전하량 변화에 매우 민감한 전류변화를 나타내는 방식이다. 반도체로 만들어져 전력소모가 적고 응답속도는 빠르면서도, 감도가 높은 센서를 개발할 수 있다. 크기도 최소화하면서도 저가 대량 생산이 이뤄지는 것도 반도체 특징이다. 검지물질 종류에 따라 가스, 화학, 바이오센서 등 쓰임새도 폭넓다. 질화갈륨이 갖는 물성에 따라 고온, 고압, 고부식성 환경 등 극한환경에서도 사용 가능하다.

박경호 나노기술원 소자플랫폼개발실장은 “이번에 개발된 플랫폼은 반도체로 만들어져 실리콘센서나 멤브레인 센서대비 작으면서도 전력효율이 높고 감도가 좋은 센서 개발이 가능하다”면서 “2020년까지 기술이전과 상용화를 마치는 것이 목표”라고 말했다.

고효율 플렉시블 삼중접합 태양전지

기술원은 광전변환율을 높인 고효율 플렉시블 삼중접합 태양전지와 집광형 삼중접합 태양전지도 개발했다. 플렉시블 태양전지 효율은 국내 최고인 28.12%다. 집광형 삼중접합 태양전지 역시 광전환율 40.46%를 달성했다. 태양광을 파장대역으로 분할해 효과적으로 흡수할 수 있는 3-5족 화합물반도체다.

)한국나노기술원에 설치된 고효율 집광형 태양전지 모듈.

3-5족 화합물반도체 기반 태양전지는 기존 실리콘 태양전지와는 달리 다양한 에피텍시 기술을 활용해 적층형 구조 성장이 가능하다는 장점이 있다. 마치 건전지를 직렬로 연결하듯이 각기 다른 재료 태양전지를 연속적으로 성장시켜 연결할 수 있다. 이번 연구에도 서로 다른 게르마늄(Ge), 갈륨-비소 화합물(GaAs), 인듐-갈륨-인 화합물(InGaP) 등 각각 태양전지를 적층구조로 올려 물질에 흡수되는 태양에너지를 보다 효율적으로 전기에너지로 변환했다.

이대훈 한국나노기술원장은 “우주개발 경쟁시대에 미국 신재생에너지연구소(NREL) 독일 프라운호퍼연구소 등이 1980년대 초부터 다중접합 태양전지를 개발해 우주산업에 활용했다”면서 “선진국 대비 출발은 늦었지만, 8년 동안 집중적인 투자와 개발로 높은 효율 태양전지가 개발됐다”고 설명했다.

이 원장은 이어 “앞으로도 긴밀한 연구협력과 기술원 역량 투입으로 2020년에는 세계 선두 그룹과 어깨를 나란히 할 수 있는 IoT 소자 기술을 보유하겠다”고 밝혔다.

수원 광교테크노밸리에 위치한 나노기술원은 중소기업 지원에도 힘쓰고 있다.

연구벤처동과 클린룸에 다양한 나노팹장비를 갖추고 관련 업체에 이용자 중심의 팹서비스를 제공한다. 클린룸에는 나노 R&D지원 라인과 나노 리소라인, 나노 산업화 지원라인, 실리콘 및 MEMS 지원라인, 특성평가지원실, 후공정실 등 일괄공정을 갖췄다. 산업화 촉진 등을 위한 200여대 반도체 장비와 시설도 확보했다. 지난해 8인치 장비 구축으로 중소기업 지원을 위한 시스템소자 지원체계를 마련했다.

이경민 성장기업부(판교)기자 kmlee@etnews.com

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