열↔전기 변환 '열전소재' 성능 50% 개선…"열전 반도체 소재 개발 기대"
열↔전기 변환 '열전소재' 성능 50% 개선…"열전 반도체 소재 개발 기대"
  • 조강희 기자
  • 승인 2019.07.16 14:35
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KIST 연구팀, '비스무스-텔루라이드' 소재에 '원자층 증착법' 적용
(좌)산화아연층이 코팅된 열전 소재, (우)이번 연구 결과로 제작된 40x40mm (127 p-n pair) 열전 소자 모습© 뉴스1

[한국에너지신문] 국내 연구진이 열에너지를 전기 에너지로 또는 전기 에너지를 열에너지로 바꿀 수 있는 '열전 소재'의 성능을 기존보다 50% 높이는 데 성공했다. 이 기술은 열전 반도체를 개발하는 데 사용될 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST)은 김성근·김진상 전자재료연구단 박사 연구팀이 기존 분말 형태의 열전 반도체인 '비스무스-텔루라이드'(Bi-Te) 소재에 최신 반도체 나노 공정인 '원자층 증착법'을 접목해 열전 소재의 성능을 기존보다 50% 이상 높였다고 16일 밝혔다.

주변 열을 직접 전기 에너지로 변환하거나 전기를 가해 온도를 변화시킬 수 있는 열전 재료는 최근 지속 가능한 발전 에너지로 주목을 받고 있다. 특히 주변 열을 이용한 열전 발전 기술은 부가적인 장치 없이 직접 전기를 생산할 수 있다는 점이 장점이다. 그러나 지금까지 개발된 열전 재료는 발전 효율이 낮다는 한계가 있었다.

연구진은 열전 반도체 소재 중 상온에서 높은 열전 변환 효율을 가지는 분말 형태 '비스무스-텔루라이드' 소재에 집중했다. 이 소재에 대량의 분말 재료의 균일한 코팅을 가능하게 하는 증착 기술 '원자층 증착법'을 사용해 수 나노 두께의 얇은 산화 아연층을 증착했다. 그러자 열전 재료의 성능을 기존 보다 50% 높아졌다.

김성근 KIST 박사는 "이번 성과는 실제 양산에서 이용되는 반도체 공정을 접목해 양산 가능한 나노 기술로 열전 성능을 향상시켰다는 점에서 큰 의의가 있다"면서 "앞으로 열전 반도체 소재 개발에 있어 중요한 계기가 될 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 나노소재분야 국제 저널인 ACS 나노(ACS Nano) 최신판에 실렸다.


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