아주대 연구팀, 자가 구동 웨어러블 심전도 센서 개발

고성능 태양전지 기반…첨단 산업 활용 기대

해외 저명학술지 '스몰 메쏘드'에 논문 게재

[수원=뉴시스] 아주대학교 선구자상. 2021.6.30. (사진=아주대학교 제공) *재판매 및 DB 금지

[수원=뉴시스] 박종대 기자 = 국내 연구진이 유연하고 가벼운 태양전지와 피부 부착형 바이오센서 기술을 통합한 자가 구동 웨어러블 심전도 센서를 개발했다.

17일 아주대학교 전자공학과·지능형반도체공학과 연구팀에 따르면 갈륨비소(GaAs) 기반의 초유연성 에너지 하베스팅 소자와 피부 부착형 바이오센서를 결합해 자가 구동이 가능한 웨어러블 심전도 센서를 만들었다.

해당 연구는 '초유연성 갈륨비소 태양전지 기반 자가 구동 웨어러블 바이오센서 통합 기술'이라는 제목의 논문으로 저명 학술지인 '스몰 메쏘드' 3월호에 게재됐다.

아주대 전자공학과 남용현 졸업생(석사), 지능형반도체공학과 신동준 졸업생(석사)과 정보통신연구소 최준규 연구원이 공동 제1저자로 참여했다.

박익모 전자공학과 교수(공동저자)와 이재진(전자공학과)·박성준(지능형반도체공학과) 교수(교신 저자)도 함께 연구를 수행했다.

이번 성과는 태양전지와 화합물 반도체 분야를 연구하는 이재진 교수팀과 플렉서블 전자소자와 바이오 센서를 연구하는 박성준 교수팀의 융합 공동 연구 결과다.

아주대 연구팀은 이전에 활용됐던 태양전지 모듈의 구조적 변형이 아닌 태양전지 자체의 물리적 변형에 주목했다. 일반적으로 태양전지 에피 구조에서 활용되고 있는 얇은 접합 구조를 쓰지 않고 p-n 접합이 활성층의 하단부에 위치하는 깊은 접합 구조를 사용했다.

[수원=뉴시스] 아주대 연구팀이 이번에 개발한 고효율 유연 태양전지. 얇고 가벼우며 유연하기 때문에 웨어러블 기기 등에 활용될 수 있다. (사진=아주대 제공) 2024.04.17. [email protected] *재판매 및 DB 금지

에피 구조가 성장되는 갈륨비소 기판이 제거돼 초박막 활성층 영역만을 태양전지로 활용하는 박막형 태양전지에서는 후면 반사 태양광이 하단부의 p-n 접합에 흡수돼 전력변환효율을 극대화할 수 있다. 동시에 얇은 고분자 기판에 성공적으로 전사할 수 있다.

이러한 접근을 통해 연구팀은 2.3μm 두께의 갈륨비소 태양전지를 50μm 두께의 PDMS 기판 위에 성공적으로 전사해 고효율 유연 태양전지를 구현했다.

연구팀은 또 이를 피부 부착형 유기 전기 화학 트랜지스터(OECT)와 결합해 자가발전이 가능한 저잡음 심전도 센서를 개발해냈다.

기존의 건물 전원을 사용한 생체신호의 경우 노이즈로 인해 신호 취득이 어려운 단점이 존재하지만, 아주대 연구팀은 자연친화적인 태양전지를 에너지원을 사용해 노이즈가 최소화된 안정적인 신호를 취득했다.

이재진 교수는 "갈륨비소 기반 태양전지는 가장 효율이 높은 태양전지로, 초경량화·유연화가 가능해 대형 드론이나 인공위성 등 첨단 산업에 활용되고 있다"며 "이번 연구에서 갈륨비소 태양전지를 피부 부착이 가능한 매우 얇은 박막 기판에 전사하는 데 성공했다는 점에 큰 의의가 있다"고 설명했다.

박성준 교수는 "이번 연구는 초유연성 태양전지와 바이오센서를 통합함으로써 실시간 인체 건강 모니터링이 가능한 웨어러블 전자제품 개발에 새로운 지평을 열었다는 점에서 의미가 있다"며 "향후 재난 감지를 비롯한 사물인터넷 분야와 인공지능, 가상현실, 의료 빅데이터 분석 등 다양한 부문에서 웨어러블 전자소자를 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 '우수신진연구', '기초연구실', '4단계 BK21 사업'을 비롯해 한국산업기술평가관리원의 '시장주도형 k-센서기술개발사업', 과학기술정보통신부의 '대학ICT연구센터지원사업'(ITRC), 국가과학기술연구회의 '초실감 메타버스 구현을 위한 촉감표준 및 고충실도 통합 햅틱 시스템 개발사업' 등의 지원을 받아 수행됐다.


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