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연구팀은 갈륨비소(GaAs) 기반의 초유연성 에너지 소자와 피부 부착형 바이오센서를 결합해 자가 구동이 가능한 웨어러블 심전도 센서를 개발했다. 이번 연구에는 아주대 전자공학과 남용현 졸업생(석사), 지능형반도체공학과 신동준 졸업생(석사), 아주대 정보통신연구소 최준규 연구원이 공동 제1저자로 참여했다.
유연하고 가벼우며 높은 효율을 가진 플렉서블(flexible) 태양전지는 바이오 소자의 에너지원으로 주목받고 있다. 신체 움직임만으로도 전력을 공급할 수 있다는 장점 때문이다. 특히 갈륨비소(GaAs) 태양전지는 다중 접합 태양전지의 구현을 용이하게 하고, 전력 변환 효율이 높은 것으로 알려졌다. 갈륨비소(GaAs) 태양전지는 갈륨과 비소를 조합한 화합물반도체로 만든 태양전지다. 무겁고 딱딱한 실리콘 기반 태양전지와 달리 가볍고 유연한 형태로 구현이 가능하다.
연구팀은 이전에 활용됐던 태양전지 모듈의 구조적 변형이 아니라 태양전지 자체의 물리적 변형에 주목했다. 2.3μm 두께의 갈륨비소 태양전지를 50μm 두께의 기판 위에 전사해 고효율 유연 태양전지를 구현한 것이다. 기존의 건물 전원을 사용한 생체신호의 경우 노이즈로 인해 신호 취득이 어렵다는 단점이 있었지만, 연구팀은 자연친화적 태양전지를 에너지원으로 사용해 노이즈가 최소화(32.68dB의 신호 대 잡음비)된 안정적인 신호를 취득했다.
이재진 아주대 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.
이 교수는 이어 “아주대 연구팀은 이번 성과를 기반으로 웨어러블 바이오 기기, 차세대 3D 안면인식, 증강현실(AR) 응용에 특화된 세계 최고 수준의 고성능 유연 소자 연구를 이어갈 것”이라고 덧붙였다.
박성준 아주대 교수도 “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(IoT) 분야와 AI, 가상현실, 의료 빅데이터 분석 등 다양한 부문에서 웨어러블 전자소자를 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 우수신진연구사업 등의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 저명 국제학술지(Small Methods) 3월호에 게재됐다.
