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반도체 기술 접목해 열을 전기에너지로 바꾸는 ‘열전 재료’ 효율 높였다

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반도체 기술 접목해 열을 전기에너지로 바꾸는 ‘열전 재료’ 효율 높였다

2019.07.16 18:38
한국과학기술연구원(KIST)은 김성근·김진상 전자재료연구단 책임연구원 연구팀이 열전 소재의 성능을 기존보다 50% 향상시키는 기술을 개발했다. KIST 제공
한국과학기술연구원(KIST)은 김성근·김진상 전자재료연구단 책임연구원 연구팀이 열전 소재의 성능을 기존보다 50% 향상시키는 기술을 개발했다. KIST 제공

반도체 나노기술을 접목해 열전 재료의 효율을 50% 이상 끌어올리는 기술이 개발됐다. 열전 재료는 부가적인 장치 없이도 주변의 열을 전기 에너지로 바꾸거나, 반대로 전기를 가해 온도를 변화시킬 수 있는 재료다. 폐열 수거 및 지속가능 발전 에너지로 활용될 것으로 기대된다.


한국과학기술연구원(KIST)은 김성근·김진상 전자재료연구단 책임연구원 연구팀이 열전 소재의 성능을 기존보다 50% 향상시키는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.


열전 현상은 반도체 소재에 전기를 가하면 한쪽이 냉각되고 또 다른 쪽은 가열이 되는 현상이다. 또는 반대로, 소재 내 온도차가 있을 경우 전기가 발생되는 현상을 의미하기도 한다. 소재를 직접 냉각시킬 수 있고 동시에 온도 차로 전기까지 생산할 수 있어 미래 에너지로도 주목 받고 있지만, 이 현상을 이용하는 재료(열전 재료)의 발전 효율이 낮아 상용화에 어려움이 있었다.


김 책임연구원팀은 이런 문제를 해결하기 위해 기존 분말 형태의 열전 반도체 ‘비스무스-텔루라이드’ 소재에 ‘원자층 증착법’이란 반도체 나노공정을 접목했다. 원자층 증착법은 대량의 분말 재료를 균일하게 코팅할 수 있는 기술로, 연구팀은 수 나노미터(nm, 1nm는 10억 분의 1m) 두께의 얇은 산화 아연층을 입히는 데 성공했다.


연구팀은 “이 기술을 통해 열전 성능 최적화 지점을 찾아 성능을 기존보다 50% 이상 향상시켰다”며 “열전재료를 대량 생산하는 데 널리 쓰일 것”이라고 설명했다.


김성근 연구원은 “실제 양산에서 이용되는 반도체 공정을 접목했다. 앞으로 열전 반도체 소재를 개발하는 데 중요한 계기가 될 것”이라고 말했다.


연구결과는 국제학술지 ‘ACS 나노’ 6월 25일자에 발표됐다.

 

산화아연층 및 열전재료로 제작된 열전 소자의 모습이다. KIST 제공
산화아연층 및 열전재료로 제작된 열전 소자의 모습이다. KIST 제공

 

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