김재홍 연구실은 유기재료를 기반으로 한 차세대 태양전지 개발에 중점을 두고 있습니다. 특히 염료감응형 태양전지(DSSC)와 페로브스카이트 태양전지, 폴리머 태양전지 등 다양한 형태의 태양전지에 적용 가능한 유기재료의 합성 및 구조 최적화 연구를 활발히 수행하고 있습니다. 이 과정에서 유기염료의 광흡수 특성, 전자 이동성, 안정성 향상 등 태양전지의 효율과 내구성을 극대화하기 위한 분자 설계와 소재 개발에 집중하고 있습니다. 연구실은 다양한 유기염료의 분자 구조를 설계하고, 이를 실제 태양전지 소자에 적용하여 광전변환 효율을 높이는 데 성공하고 있습니다. 예를 들어, 트리페닐아민, 카바졸, 페노티아진 등 다양한 전자공여체와 전자받개 구조를 도입한 유기염료를 개발하여, 빛의 흡수 영역을 확장하고 전자 이동 경로를 최적화함으로써 태양전지의 성능을 크게 향상시켰습니다. 또한, 고분자 전해질, 하이브리드 전극 소재 등 다양한 부품 소재의 개발도 병행하여, 전체 소자의 효율과 안정성을 동시에 개선하고 있습니다. 이러한 연구는 실험실 수준을 넘어 실제 산업 현장에 적용될 수 있는 상용화 기술로의 발전을 목표로 하고 있습니다. 최근에는 플렉시블 태양전지, BIPV(건물일체형 태양전지), 웨어러블 전자기기용 태양전지 등 다양한 응용 분야로 연구를 확장하고 있으며, 관련 특허와 기술이전, 산학협력 프로젝트도 활발히 진행 중입니다.

연구실은 광전기화학적 에너지 변환 및 저장 소재 개발에도 큰 비중을 두고 있습니다. 태양광을 이용한 수소 생산, 광촉매를 활용한 환경 정화, 슈퍼커패시터 및 2차전지용 전극 소재 개발 등 다양한 에너지 및 환경 분야로 연구를 확장하고 있습니다. 특히, 전이금속 산화물, 하이브리드 나노복합체, 2차원 소재 등 다양한 무기 및 유기-무기 복합 소재를 합성하여, 에너지 변환 효율과 저장 용량을 극대화하는 데 주력하고 있습니다. 광전기화학 셀의 성능 향상을 위해 WO3, TiO2, ZnO 등 다양한 산화물 기반 광전극의 표면 구조 제어, 도핑, 계면공학 기술을 적용하고 있습니다. 또한, 유기염료와 무기 소재의 결합을 통해 빛의 흡수 및 전하 분리 효율을 높이고, 이를 수소 생산, 오염물질 분해, 바이오센서 등 다양한 응용 분야에 적용하고 있습니다. 최근에는 플루오린 도핑, 하이드록사믹산 그룹 도입 등 새로운 기능성 소재의 도입을 통해 광전기화학적 반응의 선택성과 효율을 극대화하는 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 이와 더불어, 에너지 저장 장치로서 슈퍼커패시터, 리튬이온 배터리, 전기차용 고전압 배터리 등 차세대 에너지 저장 시스템에 적용할 수 있는 고성능 전극 소재 개발에도 집중하고 있습니다. 이를 위해 나노구조 제어, 표면 개질, 복합화 기술을 접목하여, 높은 에너지 밀도와 장기 신뢰성을 갖춘 소재를 구현하고 있습니다.