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[경북대학교] 경북대 박지상 교수팀, 효율적인 양자역학 계산을 통한 페로브스카이트 선별 다양한 반도체 소자에 알맞은 물질 선별로 신물질 개발 촉진 기대
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경북대 박지상 교수팀, 효율적인 양자역학 계산을 통한 페로브스카이트 선별

다양한 반도체 소자에 알맞은 물질 선별로 신물질 개발 촉진 기대

경북대 물리학과 박지상 교수팀이 차세대 태양전지 소재로 주목받고 있는 페로브스카이트를 정확도를 유지하면서 빠르게 계산할 수 있는 양자역학 계산법을 개발했다.

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.

 

박지상 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.

 

박지상 교수는 개발된 방법을 페로브스카이트뿐만 아니라 다양한 물질에 적용함으로써 신소재 개발을 가속할 수 있을 것이라고 밝혔다.

 

이번 연구는 소재융합혁신기술개발사업과 KISTI 국가슈퍼컴퓨팅센터의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 물리화학 분야 권위 있는 국제학술지 저널 오브 피지컬 케미스트리 레터(The Journal of Physical Chemistry Letters)’819일 표지논문으로 게재됐다.

 

@김진희기자

 
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