KIST "실제 반도체 공정 접목해 열전소자 효율 35% 높였다"

"원자층 증착법으로 열전소재에 금속나노막 형성"…'ACS 나노'에 발표

(서울=연합뉴스) 신선미 기자 = 냉온 정수기와 와인 냉장고 등에 사용되는 열전 소재의 성능을 50%, 이를 활용한 열전소자의 효율을 35% 높일 수 있는 기술이 개발됐다. 열전소자는 전기로 주변 온도를 변화시키거나 주변의 열을 전기 에너지로 변환할 수 있는 부품이다.

산화아연층을 입힌 열전재료(왼쪽)로 제작한 열전소자(오른쪽) [KIST 제공]

한국과학기술연구원(KIST)의 김성근·김진상 박사팀은 "최신 반도체 공정을 접목해 열전소자 재료의 성능을 향상하는 기술을 개발했다"고 16일 밝혔다. 연구 결과는 미국화학회(ACS) 학술지 'ACE 나노'(ACS Nano·6월 5일자)'에 실렸다.

열전소자는 다른 장치 없이 열로 전기를 생산할 수 있어 최근 웨어러블 기기의 전원으로도 주목받고 있다. 그러나 현재까지 개발된 소자는 발전 효율이 낮다는 한계가 있다.

KIST 연구진은 이번에 기존 열전소자의 효율을 높일 수 있는 재료와 이를 만들 수 있는 공정을 개발했다.

분말 형태 열전 반도체인 '비스무스-텔루라이드'(Bi-Te)에 반도체 공정인 원자층 증착법을 접목해 수nm(나노미터=10억분의 1m) 두께의 산화아연층을 입힌 것이다. 원자층 증착법은 원자가 화학적으로 달라붙는 현상을 이용한 기술이다.

이렇게 만든 열전소자 재료의 성능 지수(전도도)가 기존 재료보다 1.5배 높은 것으로 평가됐다. 이 재료를 이용해 열전소자를 구현한 결과 온도차 100℃를 기준으로 효율이 35% 정도 향상되는 것으로 나타났다.

열전재료 제조 공정 분말 열전 재료에 산화아연층을 입히는 과정을 나타낸 그림 [KIST 제공]

김성근 박사는 "이 연구결과는 실제 사용되는 반도체 공정을 접목해 열전소자 재료의 성능을 향상했다는 점에서 의의가 있다"며 "앞으로 열전 반도체 소재 개발에 있어 중요한 계기가 될 것"이라고 내다봤다.

sun@yna.co.kr



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