기술 개요
“실내 조명의 제한된 에너지를 활용해 저전력 기기의 전원 지속성을 확보하도록 소재·계면·적층 구조를 설계하는 기술입니다.”
산업 별 활용 방안
스마트홈·스마트빌딩용 센서 및 제어기 개발 기업
스마트홈과 빌딩 설비에 설치되는 센서는 설치 위치가 많고 분산돼 있어 배터리 교체와 전원 배선 관리가 운영 부담이 될 수 있습니다. 실내 조명 아래에서 작동하는 광전지를 온도·조도·공기질 등 저전력 센서의 보조 또는 대체 전원으로 결합해, 설치 환경의 조도와 부하 조건에 맞는 전원 구성을 검토할 수 있습니다. 기존 센서 구조를 즉시 바꾸기보다 목표 조도 조건의 소자 평가와 전원 통합 검증 단계부터 적용할 수 있습니다.
전자 태그 및 무선 센서 노드 제조 기업
전자 태그와 무선 센서 노드는 소형화된 기기 안에서 제한된 전원으로 통신·측정 기능을 유지해야 하며, 배터리 용량과 교체 주기가 제품 운영 조건을 좌우합니다. 실내 광전지를 저전력 전력원으로 적용해 실내 조명 기반 에너지 하베스팅이 가능한 기기 구조를 검토하고, 소재·계면 설계로 저조도 전하 손실을 줄이는 방향을 활용할 수 있습니다. 기기별 소비전력과 조명 조건을 기준으로 소자 성능 확인과 제품 통합 PoC를 순차적으로 진행할 수 있습니다.
실내광용 태양전지 소재·소자 개발 기업 및 연구기관
실내광용 광전지 개발에서는 광원별 스펙트럼 차이, 계면 결함, 습도와 광조사에 따른 열화가 함께 발생해 소재 하나만으로 성능과 안정성을 확보하기 어렵습니다. MXene 첨가 활성층, 페로브스카이트 양자점 표면 부동태화, 자가 조립형 단일막과 전사 적층 공정을 조합해 제품 목표에 맞는 소재·계면·소자 구조를 설계할 수 있습니다. 대면적 제조와 실제 부하 연계 성능은 별도 검증이 필요하므로, 후보 구조 선정부터 목표 조도 실증까지 공동 연구 방식으로 도입할 수 있습니다.
기술 설명
어떤 기술인가요?
실내 광전지(IPV)는 LED·형광등 등 실내 조명의 빛을 전기로 바꾸어 저전력 전자기기에 공급하는 기술입니다. 본 기술 포트폴리오는 저조도에서 발생하기 쉬운 전하 손실과 소재 열화를 줄여 실내광 에너지 하베스팅 성능과 소자 안정성을 높이는 실내 광전지 기술입니다. ABA 자가 조립형 단일층으로 전자 수송층의 계면과 전하 이동을 조절하고(특허 1), 2차원 MXene 나노시트로 유기 반도체층의 결함과 재결합을 줄이며(특허 2), 도너와 같은 물질의 전하 수송층을 전사 적층해 계면 결함을 낮추고(특허 3), 페로브스카이트 양자점 표면의 리간드를 교체해 전하 수송과 수분 안정성을 개선하며(특허 4), 2PACz 자가 조립 단일막과 수직 상분리로 전극 계면의 에너지 정렬을 조절하는(특허 5) 기법으로 구성됩니다.
어떤 문제를 해결하나요?
1. 저조도에서 커지는 전하 재결합 손실
실내 조명은 태양광보다 이용 가능한 광자 수가 제한돼 유기 반도체층의 결함·트랩이나 전극 계면에서 전하가 다시 결합하면 발전량이 빠르게 줄어듭니다. MXene 나노시트로 활성층의 입자 경계와 트랩을 조절하고, 2PACz 기반 계면층과 수직 상분리로 전하가 각 전극으로 이동하는 경로를 정돈해 재결합 손실을 줄입니다.
2. 계면 불일치로 인한 전하 수집 저하
광활성층과 전하 수송층, 전극의 에너지 준위가 맞지 않거나 계면이 거칠면 생성된 전하가 전극까지 도달하지 못하고 누설 전류와 전압 손실이 발생합니다. ABA 자가 조립형 단일층, 동질접합 전하 수송층, 2PACz 계면 처리를 적용해 표면 특성·일함수·전하 수송 경로를 조절하고 전하 추출을 개선합니다.
3. 실내 장기 구동을 가로막는 소재 열화
실내 기기에 적용하려면 조명·열·습기에 노출돼도 광전지 성능이 유지되어야 하지만, ZnO 계면의 산소 결합과 확산, 페로브스카이트 양자점의 수분 취약성은 성능 저하 요인이 됩니다. 계면 확산을 억제하는 자가 조립형 단일층과 양자점 표면 부동태화로 소재의 안정성을 높여 장기 구동 가능성을 검토할 수 있게 합니다.
연구자 및 특허 소개
심재원
고려대학교 전기전자공학부
삼성종합기술원 전문연구원 — DEEP BLUE 인광 소재 개발
Georgia Institute of Technology Graduate Research Assistant — 유기 광전지 연구
University of Texas at Austin Graduate Research Assistant — 유기 박막 트랜지스터 연구
現 고려대학교 부교수
“저는 실내 조명의 저조도 광원으로부터 전력을 생산하는 실내 광전지 기술을 연구하고 있습니다. MXene 나노시트, 페로브스카이트 양자점, 자가 조립형 단일막과 전사 적층 공정을 활용해 전하 손실과 소재 열화를 줄이는 것이 핵심입니다. IoT 센서·스마트홈 기기·전자 태그·무선 센서 노드 기업과 함께 목표 조도와 소비전력 조건에서 소자 실증 및 제품 통합 가능성을 검증하고, 필요한 소재·소자 구조를 공동으로 고도화하고자 합니다.”
기술과 관련된 특허 5건
FAQ
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