KAIST ADEC
녹색성장지속가능대학원-녹색에너지시스템 이정용
KAIST ADEC 연구실은 차세대 에너지 변환 및 광전자 소자 개발을 선도하는 연구실로, 유기 및 하이브리드 태양전지, 양자점 기반 광센서, 신축성(스트레처블) 전자소자, 차세대 투명 전극 등 다양한 분야에서 세계적 수준의 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 소재 설계, 소자 구조, 공정 최적화, 계면 공학 등 기초부터 응용까지 전 주기에 걸친 융합적 연구를 통해, 미래 에너지 및 광전자 산업의 혁신을 이끌고 있습니다.
특히, 신축성 태양전지 및 웨어러블 에너지 소자 분야에서는 고분자/저분자 소재, 나노복합체, 혁신적 전극 구조를 활용하여, 100% 이상의 신축성과 높은 전력 변환 효율을 동시에 달성하는 유기 태양전지 및 하이브리드 태양전지를 개발하고 있습니다. 이러한 소자는 웨어러블 전자기기, 바이오 센서, 플렉시블 디스플레이 등 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 반복적인 인장 변형에도 높은 내구성과 신뢰성을 확보하고 있습니다.
양자점 기반 광센서 및 차세대 반도체 소자 분야에서는 콜로이달 양자점, 페로브스카이트 양자점, 무연·무카드뮴 친환경 양자점 등 다양한 소재와 공정 기술을 개발하여, 단일 광자 검출이 가능한 초고감도 적외선 포토디텍터, 아발란체 증폭 구조의 적외선 센서, 대면적 웨이퍼 스케일의 2차원 하이브리드 박막 소자 등을 구현하고 있습니다. 이러한 연구는 자율주행, IoT, 바이오 이미징, 차세대 디스플레이, 스마트 센서 등 첨단 산업 분야에 폭넓게 활용될 수 있습니다.
또한, 차세대 투명 전극 및 스트레처블 광전자 기술 개발에도 집중하고 있습니다. 금속 나노와이어, 나노네트워크, 액체금속, 그래핀, CNT, PEDOT:PSS 등 다양한 신소재와 구조를 활용하여, 뛰어난 기계적 내구성과 전기적 특성을 동시에 갖춘 투명 전극을 개발하고 있으며, 나노마스크, 마스터몰드, 희생층 등 혁신적인 나노공정 기술을 도입하여 대면적·저비용의 고성능 전극을 구현하고 있습니다.
본 연구실은 다수의 세계적 수준의 논문과 특허, 산학협력 프로젝트를 통해 국내외적으로 그 우수성을 인정받고 있습니다. 앞으로도 소재-공정-소자 융합 연구를 통해, 미래 에너지 및 광전자 산업의 혁신을 선도하고, 실용화와 상용화에 기여하는 연구실로 자리매김할 것입니다.
Colloidal Quantum Dots
Organic Solar Cells
Stretchable Electronics
차세대 신축성 태양전지 및 웨어러블 에너지 소자
본 연구실은 차세대 신축성 태양전지와 웨어러블 에너지 소자 개발에 주력하고 있습니다. 기존의 태양전지는 유연성이나 신축성이 부족하여 웨어러블 기기나 인체 부착형 전자기기에 적용하는 데 한계가 있었습니다. 이에 따라 본 연구실은 고분자 및 저분자 소재, 나노복합체, 그리고 혁신적인 전극 구조를 활용하여, 100% 이상의 신축성과 높은 전력 변환 효율을 동시에 달성하는 유기 태양전지 및 하이브리드 태양전지를 개발하고 있습니다.
연구실에서는 소재 설계부터 소자 구조, 공정 최적화까지 전 주기에 걸쳐 연구를 수행합니다. 예를 들어, 고분자 주개와 저분자 받개, 그리고 나프탈렌 다이이미드(NDI)계 중합체 첨가제 등을 조합하여, 기계적 신축성과 전기적 특성을 동시에 향상시키는 소재를 개발합니다. 또한, 신축성 전극 및 투명 전극의 표면 거칠기와 접촉 저항을 최소화하는 나노 네트워크 구조, 박막형 액체금속 전극 등 다양한 혁신적 전극 기술을 도입하여, 반복적인 인장 변형에도 소자의 성능 저하 없이 안정적으로 동작할 수 있도록 합니다.
이러한 연구를 통해 개발된 신축성 태양전지는 웨어러블 전자기기, 바이오 센서, 플렉시블 디스플레이 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다. 실제로 본 연구실의 태양전지는 60% 이상의 신축 변형에서도 80% 이상의 초기 효율을 유지하며, 상용화에 근접한 내구성과 신뢰성을 확보하고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 소재, 구조, 공정의 융합적 접근을 통해, 차세대 에너지 소자의 실용화와 웨어러블 전자기기의 혁신을 선도할 것입니다.
고효율 양자점 기반 광센서 및 차세대 반도체 소자
본 연구실은 양자점(Quantum Dot) 기반의 고효율 광센서와 차세대 반도체 소자 개발에도 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 양자점은 크기와 표면화학 조절을 통해 밴드갭과 광전 특성을 정밀하게 제어할 수 있어, 적외선 영역까지 감지 가능한 고감도 포토디텍터 및 이미지 센서, 차세대 디스플레이, 신개념 반도체 소자 등에 폭넓게 활용되고 있습니다.
특히, 연구실에서는 콜로이달 양자점의 표면 리간드 교환, 계면 공학, 다층 박막 구조 설계 등 다양한 소재 및 공정 기술을 개발하여, 단일 광자 검출이 가능한 초고감도 적외선 포토디텍터, 아발란체 증폭 구조의 적외선 센서, 그리고 대면적 웨이퍼 스케일의 2차원 하이브리드 박막 소자 등을 구현하고 있습니다. 또한, 페로브스카이트 양자점, 무연·무카드뮴 친환경 양자점, 고안정성 및 고내구성 소재 개발 등 환경과 실용성을 고려한 연구도 병행하고 있습니다.
이러한 연구 성과는 자율주행, IoT, 바이오 이미징, 차세대 디스플레이, 스마트 센서 등 다양한 첨단 산업 분야에 적용될 수 있습니다. 실제로 본 연구실의 양자점 기반 적외선 포토디텍터는 세계 최고 수준의 증폭 이득과 검출 감도를 달성하였으며, 관련 특허와 논문을 통해 국제적으로도 그 우수성을 인정받고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 양자점 및 하이브리드 반도체 소재의 혁신을 바탕으로, 미래 광전자 및 반도체 산업의 패러다임을 선도해 나갈 것입니다.
스트레처블 광전자 및 투명 전극 기술
연구실은 신축성(스트레처블) 광전자 소자와 차세대 투명 전극 기술 개발에도 집중하고 있습니다. 기존의 ITO(Indium Tin Oxide) 기반 투명 전극은 고가이면서도 깨지기 쉬워, 플렉시블 및 신축성 소자에 적용하는 데 한계가 있었습니다. 이에 본 연구실은 금속 나노와이어, 나노네트워크, 액체금속, 그래핀, CNT, PEDOT:PSS 등 다양한 신소재와 구조를 활용하여, 뛰어난 기계적 내구성과 전기적 특성을 동시에 갖춘 투명 전극을 개발하고 있습니다.
특히, 나노마스크, 마스터몰드, 희생층 등 혁신적인 나노공정 기술을 도입하여, 대면적·저비용으로 접촉저항이 없는 고성능 투명 전극을 구현하고 있습니다. 또한, 박막형 액체금속 전극의 오버레이 구조, 금속 나노와이어/그래핀 하이브리드, 표면 임베디드 구조 등 다양한 설계로, 반복적인 신축 변형에도 전극의 전기적 특성과 광학적 투명성을 유지할 수 있도록 하고 있습니다.
이러한 투명 전극 및 스트레처블 광전자 기술은 차세대 디스플레이, 웨어러블 센서, 바이오 일렉트로닉스, 플렉시블 태양전지 등 다양한 미래 융합기술의 핵심 기반이 됩니다. 본 연구실은 관련 특허와 논문을 다수 보유하고 있으며, 실제 산업체와의 협력을 통해 상용화 연구도 활발히 진행 중입니다. 앞으로도 연구실은 소재-공정-소자 융합 연구를 통해, 미래형 광전자 및 에너지 소자의 혁신을 이끌어갈 것입니다.
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Dual-Layered Percolative Networks of Photoactive M…
Jin-Woo Lee†, Jongmin Oh†, Won Jung Kang†, E…
Energy & Environmental Science, 1970
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Fabrication of Highly Efficient Organic Solar Cell…
Seonju Jeong, Changsoon Cho, Jung-Yong Lee\*
Polymer Science and Technology, 1970
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Application of Metamaterial Perfect Absorber for P…
Min-Ho Lee, Sangmok Kim, Seo-Joon Hong, Min Seok K…
Journal of Flexible and Printed Electronics, 1970
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늘어나도 성능을 유지하는 웨어러블 디스플레이를 위한 페로브스카이트 기반 스트레처블 발광소자 개발(이승복)
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미래 디스플레이를 위한 고효율 원형 편광 페로브스카이트 발광 다이오드 개발(김효준)
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2024년 여름/가을학기 URP 프로그램_연구과제 43과제
