유기 반도체(Organic Semiconductors)는 가볍고 유연하며 다양한 색상 구현이 가능하고, 용액 공정(solution processability)을 통한 저비용 대면적 제조가 가능한 차세대 전자소자용 핵심 재료입니다. 기존의 무기 반도체가 가지는 물리적 한계를 넘어, 기계적 유연성과 공정 친화성, 그리고 분자 설계를 통한 전자적 특성 조절의 자유로움을 제공함으로써, 차세대 전자 및 에너지 소자 기술 발전의 중심에 서 있습니다.
최근 유기 반도체는 태양전지(Organic Solar Cells), 유기 발광 다이오드(OLEDs), 전기변색소자(Electrochromics), 광센서 및 수소 발생 반응(Hydrogen Evolution Reaction) 등 폭넓은 응용 분야로 확장되고 있으며, 이들 소자는 모두 유기 반도체 고분자의 전하 이동 특성과 계면 안정성에 의해 성능이 결정됩니다. 따라서 고성능·고내구성 유기 반도체용 고분자 소재 개발은 현재 전자재료 분야에서 가장 중요한 연구 주제 중 하나로 자리잡고 있습니다.
우리 연구실은 고효율, 고안정성, 그리고 장기 내구성을 갖춘 유기 반도체용 고분자(polymer semiconductors)를 설계하고 합성하는 데 중점을 두고 있습니다.
우리는 π-공액 고분자(conjugated polymer)의 전자 구조를 정밀하게 조절하여 전하 이동도(charge mobility)를 극대화하고, HOMO–LUMO 에너지 준위 차를 제어함으로써 소자 내 전하 주입 및 수송 효율을 향상시키는 연구를 수행하고 있습니다. 또한, side-chain engineering을 통해 용해도, 결정성, 계면 친화성을 조절하여 용액 공정 기반의 안정적 박막 형성을 가능하게 하며, 장기 구동 안정성을 높이는 내열성·내광성 소재 설계에도 초점을 맞추고 있습니다.
차세대 이차전지는 탄소중립 시대를 실현하고 지속 가능한 에너지 사회를 가능하게 하는 핵심 에너지 저장 기술입니다. 그중에서도 전고체 이차전지(All-solid-state battery)는 기존 리튬이온전지의 한계를 넘어서는 차세대 기술로, 폭발 위험이 없고 에너지 밀도가 높으며 장수명이 가능한 시스템으로 주목받고 있습니다.
우리 연구실은 전고체 이차전지의 성능과 안정성을 획기적으로 개선하기 위한 유기 고분자 기반 소재 개발을 수행하고 있습니다.
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Active polymer cathode: 전자·이온 전도성을 동시에 향상시키는 유기 활성 고분자 개발
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Binder 및 Anode 보호 고분자: 전극 안정성과 구조적 응집력 확보를 위한 고분자 설계
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Passivation polymer layer: 고체 전해질 표면 반응 억제 및 계면 안정화
또한 다층 고분자 음극(multilayer polymer cathode)과 초미세 전해질 제거 전략 등 새로운 전극 구조 설계를 통해 에너지 밀도와 안정성의 동시 향상을 목표로 하고 있습니다.