경북대 물리학과 박지상(사진) 교수팀이 차세대 태양전지 소재로 주목받고 있는 페로브스카이트를 정확도를 유지하면서 빠르게 계산할 수 있는 양자역학 계산법을 개발했다고 30일 밝혔다.개발된 방법론을 활용한다면 다양한 반도체 소자에 알맞은 물질을 빠르게 선별할 수 있어 신물질 개발을 촉진할 수 있을 거라 기대된다.페로브스카이트는 특정 물질을 지칭하기보다 크기가 다른 2종의 양이온과 1종의 음이온으로 구성된 정육면체가 3차원 공간에서 반복된 물질을 말한다. 음이온이 할로겐 원자인 경우 태양전지 활용에 적합해 지난 10여년 간 많은 연구가 진행됐다. 구성 원소들을 뒤바꿔 다양한 물질을 만들어 낼 수 있어 태양전지나 LED를 비롯해 다양한 반도체 소자에 적합한 물질을 찾아낼 수 있을 것으로 기대되고 있다. 다만 구성 원소의 자유도가 높다 보니 특정 반도체 소자에 가장 알맞은 물질을 찾기 위해 많은 시간이 필요하다. 기존 양자역학 계산 방법론을 통해서도 물질의 특성을 계산할 수 있으나 계산의 정확도가 높으면 계산 크기가 많이 증가해 많은 물질의 물성을 단기간에 조사하기에는 어려움이 있었다. 박 교수팀은 정확도는 크게 떨어지지 않으면서 계산 크기를 크게 줄이는 양자역학 계산 방법을 고안했다. 이 방법론을 할로겐화물 페로브스카이트 물질에 적용해 300여 개 물질의 물성을 기존 방법 대비 30배 이상 빨리 계산해 반도체 소자에 활용 가능한 물질을 선별했다. 선별된 물질 중 일부를 경북대 신소재공학부 이상욱 교수팀이 합성한 결과 실험에서 합성된 물질의 원자 구조 및 광학적 특성이 박지상 교수팀의 계산에서 예측된 값과 일치한 것을 확인했다. 박 교수는 “개발된 방법을 페로브스카이트뿐만 아니라 다양한 물질에 적용함으로써 신소재 개발을 가속할 수 있을 것”이라고 밝혔다.이번 연구는 소재융합혁신기술개발사업과 KISTI 국가슈퍼컴퓨팅센터의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 물리화학 분야 권위 있는 국제학술지 ‘저널 오브 피지컬 케미스트리 레터’에 지난 19일 표지논문으로 게재됐다.
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