경북대는 물리학과 박지상 교수팀이 차세대 태양전지 소재로 주목받는 페로브스카이트(perovskite)의 물성을 기존보다 30배 이상 빠르게 계산할 수 있는 새로운 양자역학 계산법을 개발했다고 30일 밝혔다.

이 계산법을 활용하면 다양한 반도체 소자에 알맞은 물질을 빠르게 선별할 수 있어 신물질 개발을 촉진할 수 있을 것으로 기대된다.

페로브스카이트는 크기가 다른 2종의 양이온과 1종의 음이온으로 구성된 정육면체가 3차원 공간에서 반복되는 물질을 말하는데 음이온이 할로겐 원자인 경우 태양전지 활용에 적합해 지난 10여 년 동안 많은 연구가 진행됐다.

구성 원소들을 뒤바꿔 다양한 물질을 만들어 낼 수 있어 태양전지나 LED를 비롯해 다양한 반도체 소자에 적합한 물질을 찾아낼 수 있을 것으로 보기 때문이다.

하지만 구성 원소의 자유도가 높다 보니 특정 반도체 소자에 가장 알맞은 물질을 찾기 위해 많은 시간이 필요하다. 기존 양자역학 계산 방법론을 통해서도 물질의 특성을 계산할 수 있으나, 계산의 정확도가 높으면 계산 크기가 많이 증가해 많은 물질의 물성을 단기간에 조사하기에 어려움이 있었다.

박 교수팀은 정확도는 크게 떨어지지 않으면서 계산 크기를 크게 줄이는 양자역학 계산 방법을 고안했다.

연구팀은 이 계산법을 할로겐화물 페로브스카이트 물질에 적용해 300여 개 물질의 물성을 기존 방법보다 30배 이상 빨리 계산해 반도체 소자에 활용 가능한 물질을 선별하는 성과를 거뒀다.

박 교수는 "개발된 방법을 페로브스카이트뿐만 아니라 다양한 물질에 적용함으로써 신소재 개발에 속도를 낼 수 있을 것으로 본다"고 말했다.

이번 연구는 소재융합혁신기술개발사업과 KISTI 국가슈퍼컴퓨팅센터 지원을 받아 수행됐다.

연구 결과는 지난 19일 물리화학 분야 국제학술지 '피지컬 케미스트리 레터스'(The Journal of Physical Chemistry Letters)'에 표지논문으로 실렸다.