서관용 연구실
에너지화학공학과 서관용
서관용 연구실은 에너지화학공학 분야에서 세계적인 경쟁력을 갖춘 연구실로, 차세대 태양전지 및 에너지 변환 기술 개발에 집중하고 있습니다. 연구실의 핵심 연구 분야는 투명 결정질 실리콘 태양전지, 고효율 실리콘 마이크로/나노 구조 기반 태양전지, 광전기화학 수소 생산 등으로, 실리콘의 물리화학적 특성을 극대화하는 혁신적 소재 및 공정 기술을 개발하고 있습니다.
특히, 투명 태양전지 및 모듈 기술은 건축물 일체형 태양광(BIPV), 스마트 윈도우, 투명 전자기기 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있습니다. 연구실은 마이크로홀, 마이크로와이어, 나노구조 등 다양한 광학적 설계와 하이브리드 전극, 컬러 필터, 라디에이티브 쿨링 등 부가 기능을 접목하여, 높은 효율과 심미성을 동시에 만족시키는 차세대 태양전지 기술을 선도하고 있습니다.
또한, 실리콘 마이크로/나노 구조 기반 태양전지 연구를 통해 빛 흡수 극대화, 표면 재결합 손실 최소화, 유연한 플렉시블 태양전지 개발 등 다양한 혁신을 이루고 있습니다. 방사형 접합, 도핑 프리 접합, 표면 패시베이션 등 첨단 공정 기술을 적용하여 20%를 상회하는 세계 최고 수준의 효율을 달성하였으며, 대면적화 및 저비용 제조 기술도 확보하였습니다.
광전기화학 수소 생산 분야에서는 결정질 실리콘 광전극, 인공 잎 구조, 이종 촉매 계면 설계 등 다양한 혁신적 접근을 통해 태양광 기반 친환경 수소 생산 기술을 개발하고 있습니다. 저전위 산화 반응과의 결합, 고효율 촉매 개발, 광전극 구조 최적화 등을 통해 미국 에너지부 목표를 크게 상회하는 수소 생산 효율을 달성하였으며, 실용화 연구도 활발히 진행 중입니다.
이 외에도, 실리콘 태양전지와 2차전지, 수전해 시스템 등과의 융합을 통한 에너지 변환 및 저장 통합 시스템, 다양한 나노/마이크로 소재 기반의 광센서, 투명 전극, 플렉시블 전자소자 등 다양한 융합 연구를 수행하고 있습니다. 연구실은 다수의 국내외 특허, SCI 논문, 대형 연구과제, 산학협력 등을 통해 실질적인 기술 상용화와 에너지 산업 발전에 기여하고 있습니다.
Energy Storage
Solar Cells
Photovoltaics
투명 결정질 실리콘 태양전지 및 모듈 기술
서관용 연구실은 투명 결정질 실리콘 태양전지 및 모듈 개발에 선도적인 역할을 하고 있습니다. 기존의 불투명한 태양전지와 달리, 투명 태양전지는 건물의 창문, 차량의 선루프 등 다양한 투명 구조물에 적용할 수 있어 설치 공간의 한계를 극복할 수 있습니다. 연구실에서는 미세구조 제어, 표면 처리, 하이브리드 전극 설계 등 다양한 혁신적 기술을 도입하여 높은 투과율과 우수한 전력 변환 효율을 동시에 달성하고 있습니다.
특히, 결정질 실리콘의 본질적 불투명성을 극복하기 위해 마이크로홀, 마이크로와이어, 나노구조 등 다양한 광학적 설계가 적용되고 있습니다. 이를 통해 20%에 가까운 효율과 20% 이상의 가시광 투과율을 동시에 구현한 대면적(25cm² 이상) 투명 태양전지 모듈을 개발하였으며, 장기 신뢰성 및 모듈화 기술도 함께 확보하였습니다. 또한, 색상 조절이 가능한 컬러 필터 기술, 광각 반사 방지 구조, 라디에이티브 쿨링 등 다양한 부가 기능도 접목하여 실용성과 심미성을 모두 만족시키고 있습니다.
이러한 연구는 에너지 생산과 건축 디자인의 융합을 실현하며, 차세대 BIPV(Building Integrated Photovoltaics) 및 스마트 윈도우, 투명 전자기기 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있습니다. 연구실의 투명 태양전지 기술은 국내외 특허와 논문, 대형 연구과제, 산업체 협력 등을 통해 실질적인 상용화와 기술 확산에 기여하고 있습니다.
고효율 실리콘 마이크로/나노 구조 기반 태양전지
연구실은 실리콘 마이크로와이어 및 나노구조를 활용한 고효율 태양전지 개발에 집중하고 있습니다. 마이크로와이어 및 나노구조는 빛의 흡수율을 극대화하고, 광전 변환 효율을 높이며, 표면 재결합 손실을 최소화하는 데 중요한 역할을 합니다. 특히, 방사형 접합(radial junction) 구조, 도핑 프리(dopant-free) 접합, 표면 패시베이션 등 첨단 공정 기술을 적용하여 20%를 상회하는 세계 최고 수준의 효율을 달성하였습니다.
이러한 구조는 빛의 경로를 길게 하여 더 많은 광자를 흡수할 수 있도록 하며, 동시에 캐리어의 이동 거리를 단축시켜 전하 수집 효율을 극대화합니다. 또한, 유연한 박막 실리콘 기판과 결합하여 플렉시블 태양전지, 웨어러블 디바이스 등 새로운 응용 분야로의 확장도 활발히 이루어지고 있습니다. 연구실은 금속 촉매 화학식각, 소프트 리소그래피, 표면 패시베이션, 하이브리드 전극 등 다양한 공정 혁신을 통해 대면적, 고효율, 저비용 제조 기술을 확보하고 있습니다.
이러한 연구는 차세대 태양전지의 상용화와 에너지 자립형 시스템 구축에 핵심적인 역할을 하며, 관련 논문, 특허, 국제학회 발표 등에서 그 우수성을 인정받고 있습니다. 또한, 실리콘 태양전지와 2차전지, 수전해 시스템 등과의 융합을 통해 에너지 변환 및 저장 통합 시스템 개발에도 기여하고 있습니다.
광전기화학 수소 생산 및 에너지 변환 융합 연구
서관용 연구실은 태양광을 활용한 광전기화학(PEC) 수소 생산 기술 개발에도 집중하고 있습니다. 결정질 실리콘 광전극, 인공 잎 구조, 이종 촉매 계면 설계 등 다양한 혁신적 접근을 통해, 기존의 물 분해 반응의 한계를 극복하고 있습니다. 특히, 낮은 포토전압 문제를 해결하기 위해 저전위 산화 반응(예: furfural oxidation)과의 결합, 고효율 촉매 개발, 광전극 구조 최적화 등을 통해 미국 에너지부(DoE) 목표를 크게 상회하는 수소 생산 효율을 달성하였습니다.
이 연구는 태양에너지를 직접 화학에너지(수소)로 변환하는 친환경 에너지 생산 기술로, 미래 에너지 패러다임 전환에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 또한, 실리콘 태양전지와 수전해 시스템의 일체형 모듈화, 대면적화, 장기 안정성 확보 등 실용화 연구도 병행되고 있습니다. 인공 잎 모사 구조, 이종 촉매 계면, 대면적 모듈 설계 등 다양한 혁신 기술이 접목되어 있습니다.
이러한 연구는 에너지 저장, 친환경 연료 생산, 탄소중립 실현 등 다양한 사회적 요구에 부응하며, 관련 특허, 논문, 대형 연구과제 수행을 통해 국내외 에너지 기술 발전에 기여하고 있습니다.
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Coupling furfural oxidation for bias-free hydrogen production using crystalline silicon photoelectrodes
Ko, MYH, Lee, MYHY, Kim, T, Jin, WJ, Jang, W, Hwang, SW, Kim, H, Kwak, JH, Cho, S, Seo, K, Jang, JW
NATURE COMMUNICATIONS, 2025
2
Rapid and sensitive melamine detection via paper-based surface-enhanced Raman scattering substrate: Plasma-assisted in situ growth of closely packed gold nanoparticles on cellulose paper
Trinh, B., Akter, R., Cho, H., Omelianovy, O., Jo, K., Kim, H., Kang, T., Nguye, H., Lee, J., Seo, K, Choi, H., Yoon, I.
APPLIED SURFACE SCIENCE ADVANCES, 2025
3
Color Tuning and Efficiency Enhancement of Transparent c-Si Solar Cells with Ag/TiO2 Double Layer
Lee, K, Yeop, J, Park, J, Son, JG, Kim, JY, Seo, K
SMALL, 2025
1
저전력 구동 가능한 컬러 변환 BIPV 기술개발
2
광전기화학 태양광 수소 생산 기술의 상용화를 위한 광전류 한계 돌파 연구
