플라즈모닉 나노구조 유기 태양전지 45% 효율 개선 개발

염료감응 태양전지는 낮은 제조 단가에도 불구하고 광전환 효율 부족으로 상용화에 한계가 있었습니다. 이를 해결하기 위해 본 기술은 자기조립 이중블록 공중합체를 활용, 정렬된 금속산화물 나노입자를 포함하는 금속산화물-탄소질 하이브리드 박막을 경제적으로 제조합니다. 역마이셀 용액, 금속산화물 전구체, 산 용액을 이용한 코팅 후 자외선 조사로 안정화하고 열처리하여 탄소화하는 공정을 거칩니다. 이 과정에서 고온에도 나노구조를 유지하며, 높은 전기 전도성을 가진 탄소와 금속산화물의 하이브리드화를 통해 전자의 전달 효율을 극대화합니다. 결과적으로 이 박막을 염료감응 태양전지 광전극에 적용하면 광전환 효율을 현저히 향상시켜, 제조 단가 부담 없이 태양전지의 상용화를 가속할 수 있습니다.

기존 유기계 자외선 안정제의 한계를 극복하기 위해, 본 기술은 무기나노입자(이산화티타늄 또는 산화아연)에 실리카를 코팅하여 코어-쉘 나노구조체를 형성합니다. 이 나노구조체의 실리카 표면을 개질하여 고분자 매트릭스 내 분산성을 극대화합니다. 이를 통해 우수한 자외선 차단 능력과 함께 높은 투명도, 탁월한 내후성을 가진 고분자-나노복합재를 제조할 수 있습니다. 자동차 내·외장용 무도장 소재 및 클리어 코팅용 내후첨가제 등으로 폭넓게 응용 가능하여 제품의 장기적인 안정성과 심미성을 향상시킵니다.

기존 태양전지는 높은 제조 단가와 설치 비용 문제가 있었습니다. 본 기술은 이를 해결하기 위해 지지체 입자에 무기산화물 쉘과 금 나노입자를 포함하는 하이브리드 나노구조체를 개발했습니다. 금 나노입자의 표면 플라즈몬 공명 효과를 활용하여 태양전지의 광전변환 효율을 획기적으로 높입니다. 또한, 고가의 무기산화물 사용을 줄여 저비용으로 고효율의 태양전지를 제조할 수 있습니다. 이 하이브리드 나노구조체는 염료감응 태양전지의 효율을 높일 뿐만 아니라, 에너지 저장 및 변환 소자, 광학 소자 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다.

기존 3차원 페로브스카이트 광 검출기는 장기 안정성 부족과 높은 암 전류로 인해 활용에 한계가 있었습니다. 본 기술은 차원 조절이 가능한 준-2차원 페로브스카이트 필름을 광활성층으로 도입하여 이러한 문제점을 해결합니다. 특정 화학식 기반의 준-2차원 페로브스카이트 필름은 n값 조절을 통해 높은 검출감도와 획기적으로 향상된 장기 안정성을 제공합니다. 실제 검증 결과 2000시간 후에도 초기 전류 밀도의 76%를 유지하여 기존 3차원 페로브스카이트 대비 5배 이상 안정성이 우수하며, 암 전류를 크게 감소시켜 2.20ⅹ10^12 J의 높은 검출감도를 달성했습니다. 이 기술은 우수한 전하 캐리어 이동성과 간편한 용액 공정의 장점을 결합하여 이미지 센싱, 고속 광통신, 환경 모니터링 등 다양한 분야의 고성능 광 검출기 개발에 기여할 수 있습니다.

기존 유기 태양전지는 제한적인 광흡수 효율과 금속 나노입자 사용 시 발생하는 응집 등의 문제로 성능 향상에 한계가 있었습니다. 본 기술은 레이저 간섭 리소그래피(LIL)를 활용하여 규칙적으로 배열된 2차원 금속 나노구조체를 유기 태양전지 버퍼층 내에 형성합니다. 이를 통해 플라즈모닉 효과를 극대화하고, 광 흡수 대역을 가시광선부터 적외선까지 넓혀 광전류 밀도를 획기적으로 증가시킵니다. 결과적으로 에너지 전환 효율(PCE)을 45% 이상 향상시켜 고효율 유기 태양전지의 상용화를 앞당길 수 있습니다.

기존 페로브스카이트 소재는 높은 효율에도 불구하고 장기 안정성과 발광 효율에 한계가 있었습니다. 본 기술은 준-2 차원 페로브스카이트 단위 셀의 차원을 정밀하게 조절하여 이러한 문제를 해결합니다. 특정한 유기 양이온을 도입하여 필름의 구조적 안정성을 높이고, 광루미네선스 효율을 극대화합니다. 이 기술을 적용한 발광 디바이스는 현재까지 보고된 근적외선 LED 중 최고 수준인 8.8%의 외부 양자 효율과 80 Wsr-1m-2의 복사휘도를 달성했습니다. 또한, 태양 전지에서는 15.3%의 높은 전력 변환 효율을 보이면서 습기 및 열에 대한 장기 안정성을 획기적으로 개선했습니다. 이는 고효율 차세대 광전자 소자 및 안정적인 태양 전지 상용화에 크게 기여할 것입니다.

기존 암리논 합성법은 복잡한 다단계 공정, 고온 반응 조건, 위험한 수소 가스 사용 등으로 인해 심각한 합병증을 유발할 수 있는 한계가 있었습니다. 본 기술은 위치선택적 스즈키 커플링 반응을 활용하여 암리논 유도체를 안전하고 효율적으로 제조하는 방법을 제안합니다. 화학식 1 화합물과 피리디닐 보론산의 스즈키 커플링 반응 후, 중간 생성물을 화학식 2 화합물과 반응시키는 방식으로, 종래 대비 축소된 합성 단계와 온화한 산처리 조건으로 탈보호기 반응을 수행합니다. 이를 통해 위험한 수소 가스 없이 고수율(60% 이상)로 암리논 유도체를 얻을 수 있으며, 급성 심부전 치료제 개발 및 생산의 안전성과 효율성을 크게 향상할 수 있습니다.

유방암은 조기 진단이 환자 생존율에 결정적인 영향을 미치지만, 기존 진단법은 초기 병변 검출에 한계가 있었습니다. 본 기술은 혈액 내 알파-1 산성 당단백질(AGP)의 N-당화 변화가 초기 유방암의 핵심 바이오마커임을 규명하였습니다. 렉틴을 활용하여 AGP의 푸코실화, 만노실화, 시알릴화 등 N-당화 수준을 정밀하게 검출하며, 특히 유방암 1기 환자의 혈청에서 이 당화 수준이 현저히 감소함을 확인했습니다. 이를 통해 양성 유방종이나 다른 병기의 유방암과 명확히 구별하여 초기 유방암을 높은 민감도와 특이도로 진단할 수 있습니다. 이 기술은 유방암 조기 진단의 정확도를 획기적으로 높여, 환자의 치료 성공률 향상과 사망률 감소에 크게 기여할 것입니다. 진단 키트 및 정보 제공 방법으로 개발되어 상용화가 기대됩니다.

반도체 공정 폐수에는 질소, 인, 불소 등 유해 물질이 고농도로 포함되어 기존 처리 방식들은 경제성이나 효율성 측면에서 한계가 있었습니다. 본 기술은 바덴포 공정과 그래핀 산화물 기반 세라믹 나노 멤브레인 여과를 통합하여 이러한 문제를 해결합니다. 그래핀 산화물 코팅 나노 멤브레인은 미세 기공과 강한 음전하로 암모늄, 불소 이온 등 1가 이온성 물질을 효과적으로 제거합니다. 이를 통해 별도의 약품이나 탄소원 주입 없이 경제적이면서도 효율적인 질소 및 불소 제거가 가능하며, 폐수 처리 시스템의 성능과 비용 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

기존 웨어러블 기기 데이터는 헬스케어 등 단순 활용에 그쳐 사용자 맞춤형 웹 서비스 제공에 한계가 있었습니다. 본 기술은 웨어러블 기기에서 수집된 심박수, 체온, 스트레스 등 사용자 생체 정보와 디스플레이 기기의 웹 페이지 스크롤, 클릭 등 조작 정보를 동시간 기준으로 결합하고 분석합니다. 데이터 마이닝 및 기계학습을 활용하여 사용자의 상태와 의도를 파악하며, 이를 통해 동영상 추천, 학습 콘텐츠 개인화, 맞춤형 광고 등 사용자에게 최적화된 웹 페이지와 서비스를 제공합니다. 사용자의 컨디션과 행동에 기반한 정교한 개인화로 웹 서비스의 만족도와 활용도를 크게 높일 수 있습니다.

염료감응 태양전지는 낮은 제조 단가에도 불구하고 광전환 효율 부족으로 상용화에 한계가 있었습니다. 이를 해결하기 위해 본 기술은 자기조립 이중블록 공중합체를 활용, 정렬된 금속산화물 나노입자를 포함하는 금속산화물-탄소질 하이브리드 박막을 경제적으로 제조합니다. 역마이셀 용액, 금속산화물 전구체, 산 용액을 이용한 코팅 후 자외선 조사로 안정화하고 열처리하여 탄소화하는 공정을 거칩니다. 이 과정에서 고온에도 나노구조를 유지하며, 높은 전기 전도성을 가진 탄소와 금속산화물의 하이브리드화를 통해 전자의 전달 효율을 극대화합니다. 결과적으로 이 박막을 염료감응 태양전지 광전극에 적용하면 광전환 효율을 현저히 향상시켜, 제조 단가 부담 없이 태양전지의 상용화를 가속할 수 있습니다.

기존 언어 학습 도구들은 주로 발음 교정에 집중하여 작업 기억 능력 평가에 한계가 있었습니다. 특히 언어 발달 장애 아동의 경우, 음운 처리 결함과 상위 언어적 문장 이해 문제가 작업 기억 능력과 밀접한 관련이 있습니다. 본 기술은 음성으로 제시된 문장을 따라 말하는 학습자의 음성을 녹음하고 평가하여 작업 기억 능력을 측정합니다. 사용자의 첫 번째 문장 따라 말하기 점수를 기반으로 난이도와 변별도를 조절한 맞춤형 과제를 제공하며, 이를 통해 얻은 점수로 작업 기억 능력을 더욱 정확하게 진단합니다. 이로써 아동의 연령과 언어 체계에 맞는 신뢰도 높은 작업 기억 능력 측정 결과를 제공하여, 언어 발달 장애 여부를 조기에 판단하고 적절한 후속 조치를 가능하게 합니다.