Polymer & Organic Semiconductor Laboratory

화학과 김봉수

Polymer & Organic Semiconductor Laboratory(고분자 및 유기반도체 연구실)는 공액 고분자 및 유기 소재를 기반으로 차세대 에너지 및 전자소자 개발을 선도하는 연구실입니다. 본 연구실은 유기 태양전지, 유기 트랜지스터, 유기 열전소자, 유기 발광 다이오드, 양자점 발광 다이오드 등 다양한 응용 분야에 적합한 고성능 신소재의 설계, 합성, 특성분석 및 소자 제작까지 전주기적 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 유기 태양전지 분야에서는 비대칭 논-풀러렌 수용체, 고분자-고분자 블렌드의 3차원 나노구조 제어, 친환경 비할로겐 용매 공정 등 혁신적인 접근법을 통해 고효율, 고안정성, 대면적화가 가능한 태양전지 개발에 성공하였습니다. 또한, 실내광용 유기 태양전지, 투명/반투명 태양전지, 웨어러블 에너지 소자 등 다양한 응용을 위한 소재 및 소자 기술을 확보하고 있습니다. 용액공정 기반의 고해상도 패터닝 및 다차원 가교제 기술 개발도 연구실의 또 다른 핵심 연구 분야입니다. 자체 개발한 다차원 가교제(4Bx, 6Bx 등)를 활용하여 유기 트랜지스터, 논리회로, OLED, QD-LED 등 다양한 소자에 고해상도 패턴을 구현하고, 소재의 본래 특성을 유지하면서 소자 내구성과 신뢰성을 크게 향상시키고 있습니다. 특히, 양자점 및 유기 발광 소재의 미세 패턴 구현 기술은 차세대 디스플레이 및 반도체 산업에서 높은 평가를 받고 있습니다. 이 외에도 고분자 열전소자, 플렉시블/웨어러블 전자소자, 고감도 이미지 센서, 고효율 광전소자 등 다양한 응용 분야로 연구를 확장하고 있습니다. 소재 합성부터 소자 제작, 실용화 단계까지 아우르는 융합적 연구를 통해, 친환경적이고 지속가능한 미래 에너지 및 전자산업 발전에 기여하고 있습니다. 연구실은 국내외 유수 학술지 논문 발표, 특허 출원 및 등록, 산학협력, 정부 및 산업체 연구과제 수행 등 다양한 성과를 창출하고 있으며, 다수의 수상 경력과 함께 글로벌 리더로서의 입지를 강화하고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 혁신적인 소재 및 소자 기술 개발을 통해 차세대 에너지·전자 분야의 패러다임을 선도할 것입니다.

Organic Light Emitting Diodes (OLEDs)

Photoactive Materials

Organic Solar Cells

대표 연구 분야

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고성능 유기 태양전지 및 유기 전자소자용 고분자 및 유기 소재 개발

본 연구실은 차세대 에너지 및 전자소자 분야에서 핵심적인 역할을 하는 고분자 및 유기 소재의 설계와 합성에 중점을 두고 있습니다. 특히, 공액 고분자와 유기 소자를 기반으로 한 유기 태양전지(Organic Solar Cells, OSCs), 유기 트랜지스터(OTFTs), 유기 열전소자(OTEs), 유기 발광 다이오드(OLEDs), 양자점 발광 다이오드(QD-LEDs) 등 다양한 응용 분야에 적합한 신소재를 개발하고 있습니다. 이러한 소재들은 가볍고, 유연하며, 저비용 대량생산이 가능하다는 장점이 있어 차세대 전자 및 에너지 소자로 각광받고 있습니다. 연구실에서는 유기 태양전지의 효율과 안정성 향상을 위해 비대칭 구조의 논-풀러렌 수용체(NFA) 개발, 고분자-고분자 블렌드의 3차원 나노구조 제어, 친환경 비할로겐 용매 공정 기술 등 다양한 혁신적 접근법을 시도하고 있습니다. 또한, 고분자 및 유기 소재의 분자 구조, 에너지 준위, 결정성, 필름 형태 등 미세구조를 정밀하게 조절하여 광흡수, 전하 이동, 계면 안정성 등 소자 성능에 직접적으로 영향을 미치는 요소들을 최적화합니다. 최근에는 고효율, 고안정성, 대면적화가 가능한 태양전지 모듈 및 실내광용 유기 태양전지 개발에도 성공하였습니다. 이러한 연구는 단순히 소재 합성에 그치지 않고, 실제 소자 제작 및 평가, 장기 내구성 테스트, 대면적 인쇄 공정 적용 등 실용화 단계까지 아우르고 있습니다. 이를 통해 차세대 에너지 및 전자소자 산업의 발전에 기여하며, 친환경적이고 지속가능한 미래 사회 구현을 위한 핵심 원천기술을 확보하고 있습니다.

솔루션 프로세스 기반 고해상도 패터닝 및 가교 기술을 활용한 차세대 발광·전자소자 구현

본 연구실은 용액공정(Solution Process) 기반의 고해상도 패터닝 및 가교(cross-linking) 기술을 활용하여 차세대 발광 및 전자소자 개발에 앞장서고 있습니다. 기존의 진공 증착 방식에 비해 용액공정은 저비용, 대면적, 유연한 기판 적용이 가능하다는 장점이 있지만, 층간 용해 및 박막 손상, 해상도 한계 등 여러 기술적 난제가 존재합니다. 이를 극복하기 위해 연구실에서는 다차원 가교제(예: 4Bx, 6Bx 등) 및 다양한 크로스링커를 자체 개발하여, 유기 반도체, 절연체, 전극, 발광층 등 다양한 소재에 적용하고 있습니다. 특히, 다차원 가교제를 활용한 고해상도 패터닝 기술은 유기 트랜지스터, 논리회로, OLED, QD-LED 등 다양한 소자에 적용되어, 미세 패턴의 손실 없는 제작과 소자 성능 및 내구성 향상에 기여하고 있습니다. 예를 들어, 4Bx, 6Bx와 같은 다중 브릿지 구조의 가교제는 기존 대비 2배 이상의 가교 효율을 달성하며, 소량(1wt%)만으로도 소재의 본래 전기적 특성을 유지하면서 고해상도 패턴을 구현할 수 있습니다. 또한, 양자점 및 유기 발광 소재의 패터닝 시에도 광특성 저하 없이 RGB 1μm급 패턴 구현에 성공하였으며, 이는 차세대 디스플레이 및 반도체 산업에 큰 파급효과를 가져올 것으로 기대됩니다. 이러한 연구는 소재 합성, 패터닝 공정 개발, 소자 제작 및 평가, 산업적 확장성 검증까지 전주기적으로 이루어지고 있습니다. 이를 통해 연구실은 차세대 플렉시블 디스플레이, 웨어러블 전자소자, 고해상도 이미지 센서 등 다양한 응용 분야에서 세계적인 경쟁력을 확보하고 있으며, 국내외 특허 및 논문, 산학협력 등 다양한 성과를 창출하고 있습니다.

주요 논문

228

발행물 전체보기

3,6-Bis(methylthio)-9H-carbazole Based Self-Assembled Monolayer for Highly Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells

, 1970

Exceeding 2.2 V Open-Circuit Voltage in Perovskite/Organic Tandem Solar Cells via Multi-Functional Hole-Selective Layer

Son, J. G.†, Ameen, S.†, Roe, J., Park, S., Seo, J., Kim, J., Bin Faheem, A., Kook, H., Oh, S. O., Jo, Y., Kim, J. W., Lee, Y., Shin, Y. S., Jang, H., Lee, D., Hur, S., Lee, K.-K., Cho, S., Kim, D. S.*, Kim, J. Y.*, Kim, B.**

Advanced Energy Materials, 1970

Micrometer-scale Indirect Photopatterning of RGB OLED Emissive Layers in Single Phase Network Structure

Lee, S. †, Ham. H.†, Ameen, S., Jhun, B. H., Roh, S., Yee, H., Lim, C. H., Heo, Y., Kweon, H., Han, D., Kim, D. H., You, Y., Kim, B.**, Kang, M. S.*

Light: Science & Applications, 1970

완료된 프로젝트

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차세대 박막 태양광 모듈 개발 및 실증

한국에너지기술평가원

2024년 07월 ~ 2024년 12월

반도체특성화대학원지원(울산과학기술원)

한국산업기술진흥원

2024년 03월 ~ 2025년 02월

반도체특성화대학지원사업

한국산업기술진흥원

2024년 03월 ~ 2025년 02월