이 연구 주제는 유기 태양전지와 페로브스카이트 태양전지에서 광활성층의 미세구조와 계면 특성을 정밀하게 제어하여 광전변환 효율과 장기 안정성을 동시에 향상시키는 데 초점을 둔다. 특히 용액공정 기반 차세대 태양전지는 경량성, 유연성, 저비용 제조 가능성이라는 장점이 크지만, 활성층 내부의 상분리 구조와 결정 형성, 계면 결함, 수분 및 열에 대한 취약성이 상용화를 가로막는 핵심 문제로 지적되어 왔다. 연구실은 이러한 한계를 재료 설계와 공정 최적화를 통해 해결하는 방향으로 접근한다. 구체적으로는 벌크 이종접합 유기 태양전지의 이상적인 형태학을 구현하기 위해 도메인 크기, 상연속성, 혼합영역의 분포를 다중 길이척도에서 조절하는 전략을 탐구한다. 또한 페로브스카이트 태양전지에서는 유기 스페이서 양이온을 활용한 저차원 페로브스카이트 계면층 설계, 핵생성 및 결정 성장 속도 제어, 입계 보호와 결함 패시베이션을 통해 전하수명과 소자 효율을 높이는 연구가 포함된다. 이러한 접근은 단순히 재료를 바꾸는 수준을 넘어, 광흡수·엑시톤 분리·전하수송이 유기적으로 연결되도록 박막 구조를 설계하는 데 의미가 있다. 이 연구의 기대효과는 고효율, 고안정성, 대면적 제조 적합성을 갖춘 차세대 태양전지 플랫폼의 확립에 있다. 유기 및 페로브스카이트 기반 광전소자는 웨어러블 전원, 건물일체형 태양광, 이동형 에너지 하베스팅 시스템 등 다양한 응용으로 확장될 수 있으며, 연구실의 구조-공정-성능 상관관계 분석은 실제 상용화에 필요한 소재 선택 기준과 공정 설계 원리를 제공할 수 있다. 결국 본 주제는 차세대 에너지 변환 소자의 실용성을 높이는 핵심 연구축이라 할 수 있다.

이 연구 주제는 유기 반도체에서의 전하 생성, 이동, 포획 및 극성 전환 현상을 분자 수준에서 이해하고, 이를 바탕으로 유기 전자소자의 동작 안정성을 높이는 데 목적이 있다. 유기 전계효과 트랜지스터나 다이오드와 같은 소자는 저온 공정과 기계적 유연성 측면에서 큰 장점을 가지지만, 수분 노출, 바이어스 스트레스, 불완전한 도핑 반응 등으로 인해 전하 트랩이 형성되고 성능이 저하되는 문제가 빈번하게 발생한다. 연구실은 이러한 열화 원인을 화학적·물리적 관점에서 규명하는 데 강점을 보인다. 대표적으로 물에 의해 유도되는 양성자화 반응이 유기 반도체 내 전하트랩 생성의 근본 원인이 될 수 있다는 점을 분광학적 분석과 전기적 특성 측정, 시뮬레이션을 결합해 해석하는 방향이 포함된다. 또한 공액고분자의 강한 도핑 과정에서 나타나는 산화상태 변화, 공액골격의 화학적 변형, 박막 구조 재배열, p형에서 n형으로의 극성 전환 현상을 정량적으로 분석함으로써 도핑 메커니즘과 전하수송 특성의 상관관계를 밝힌다. 이는 단순한 성능 향상을 넘어, 유기 반도체에서 안정한 전자수송을 구현하기 위한 새로운 재료 설계 지침을 제공한다. 이러한 연구는 차세대 유기 트랜지스터, 다이오드, 센서, 집적회로 개발에 직접적으로 기여할 수 있다. 특히 환경 안정성이 취약했던 n형 유기 반도체의 대안으로 극성 전환형 고분자 시스템을 활용할 가능성을 제시하며, 도핑과 구조변화를 이용해 소자의 정류 특성이나 전하수송 방향성을 정밀 조절할 수 있다는 점에서 응용성이 크다. 장기적으로는 유기 전자소자의 신뢰성 확보와 실사용 환경에서의 내구성 향상에 중요한 기반 연구로 이어질 수 있다.

이 연구 주제는 공액고분자 박막의 전기적 특성을 향상시키기 위한 고효율 도핑공정을 개발하고, 이를 유기 열전소재로 확장하는 데 초점을 맞춘다. 유기 열전소자는 폐열을 전기에너지로 변환할 수 있는 차세대 에너지 소재로 주목받고 있으며, 가볍고 유연하며 인쇄공정에 적합하다는 점에서 웨어러블 전자기기나 저전력 센서 시스템과의 결합 가능성이 높다. 그러나 높은 전기전도도와 적절한 제벡계수, 그리고 안정적인 박막 구조를 동시에 달성하는 것은 여전히 큰 도전 과제이다. 연구실은 특히 곁사슬 열분해를 이용한 공액고분자 박막의 도핑 효율 향상에 관심을 두고 있다. 이 접근은 고분자 주사슬의 전하수송 경로를 유지하거나 개선하면서도 불필요한 절연성 곁사슬의 영향을 줄여, 보다 높은 전기전도도와 향상된 열전 성능을 유도할 수 있는 가능성을 제공한다. 또한 도핑제와 고분자 간 상호작용, 박막 미세구조 변화, 열처리 조건에 따른 전하 이동 특성을 체계적으로 분석함으로써 유기 열전소자의 성능을 좌우하는 핵심 인자를 규명한다. 이 연구의 파급효과는 에너지 하베스팅 분야에서 매우 크다. 산업 공정이나 인체, 전자기기에서 발생하는 저온 폐열을 수확해 전원으로 재활용할 수 있는 유기 열전기술은 지속가능 에너지 시스템 구현에 중요한 역할을 할 수 있다. 더 나아가 유연 전자소자와의 높은 호환성을 바탕으로 자가구동형 센서, 웨어러블 헬스케어 기기, 분산형 전원 시스템 등으로의 응용이 기대되며, 연구실의 도핑·구조제어 전략은 실용적인 유기 열전 플랫폼 구축에 중요한 토대를 제공한다.