이윤석 연구실은 차세대 태양전지 및 광에너지 변환 소자 개발에 중점을 두고 있습니다. 특히 페로브스카이트, CZTSSe, Ag2ZnSn(S,Se)4 등 다양한 신소재 기반의 박막 태양전지와 이종접합 구조를 활용한 고효율 광전소자 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 연구실에서는 소재의 결정성, 계면 특성, 결함 제어, 밴드갭 엔지니어링 등 태양전지의 성능과 안정성을 극대화하기 위한 다양한 접근법을 시도하고 있습니다. 페로브스카이트 태양전지의 경우, 단결정 및 다결정 소재의 성장, 표면 및 계면 패시베이션, 투명전극 개발, 유연 소자 구현 등 실용화에 필요한 핵심 기술을 집중적으로 연구합니다. 또한, CZTSSe 및 Ag2ZnSn(S,Se)4와 같은 지구상 풍부 원소 기반의 친환경 박막 태양전지 소재 개발을 통해, 상용화 가능성과 지속가능성을 동시에 추구하고 있습니다. 이를 위해 다양한 합성 및 박막 증착 공정, 후처리 기술, 이종접합 구조 설계 등 다각적인 연구가 이루어지고 있습니다. 더불어, 태양전지의 장기 신뢰성 향상, 대면적화, 투명 및 반투명 소자, 이중접합(탠덤) 구조 등 응용 확장에도 많은 노력을 기울이고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 변환 효율의 극대화와 더불어, 건물 일체형 태양광, 웨어러블 디바이스, 인공광합성 등 다양한 미래 에너지 응용 분야로의 확장을 목표로 하고 있습니다.

연구실은 고성능 이차전지, 특히 전고체 배터리와 리튬이온 배터리의 차세대 음극/양극 소재 및 구조 개발에도 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 실리콘 웨이퍼 기반의 고용량 음극, 질소 도핑 및 표면 처리 기술, 극박 리튬 금속 음극, 다공성 집전체 등 혁신적인 소재 및 공정 기술을 통해 배터리의 에너지 밀도, 충방전 속도, 수명, 안전성 향상을 추구합니다. 특히, 전고체 배터리 분야에서는 고체 전해질과 전극 계면의 안정성, 이온 전도성 향상, 계면 저항 저감, 대면적화 및 집적화 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 또한, 배터리의 신뢰성 및 내구성 향상을 위한 계면 엔지니어링, 텍스처링, 나노구조 제어 등 다양한 접근법을 적용하고 있습니다. 이를 통해 차세대 전기차, 인공위성, 에너지 저장 시스템 등 고신뢰성 응용 분야에 적합한 배터리 기술을 개발하고 있습니다. 더불어, 배터리 기반 뉴로모픽 소자, 고속 충전 기술, 멀티스케일 시뮬레이션 등 융합적 연구도 병행하고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 저장 기술의 한계를 극복하고, 미래 지능형 에너지 시스템 및 차세대 전자소자와의 융합을 지향합니다.

이윤석 연구실은 나노 및 마이크로 구조를 활용한 신기능 소자 개발과 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 분야에서도 활발한 연구를 진행하고 있습니다. 대표적으로, 2차원 물질(그래핀, TMDCs 등)과 페로브스카이트, 산화물 반도체 등을 결합한 고성능 광센서, 마이크로 LED, 전자피부(e-skin), 신경모방 소자 등 다양한 응용 소자 연구가 이루어지고 있습니다. 특히, 나노패터닝, 마이크로패터닝, 계면 제어, 원격 에피택시, 기계적 절단 및 전사 기술 등 첨단 나노가공 및 집적화 기술을 바탕으로, 초고밀도 소자 어레이, 유연/투명 소자, 웨어러블 디바이스 등 차세대 전자 및 광전자 소자 개발에 주력하고 있습니다. 또한, MEMS 기반의 센서, 액추에이터, 에너지 하베스팅 소자 등 다양한 마이크로 시스템 응용 연구도 병행하고 있습니다. 이러한 연구는 기존 소자의 한계를 극복하고, 초고감도, 초고집적, 초경량, 유연성 등 새로운 기능을 갖춘 미래형 소자 및 시스템 구현에 기여하고 있습니다. 더불어, 다학제적 융합 연구를 통해 바이오, 의료, 환경, 에너지 등 다양한 분야로의 확장도 적극적으로 모색하고 있습니다.