배터리가 필요 없는 '피부 부착형 심전도 측정 장치'가 개발됐다.

광주과학기술원(GIST)은 1일 신소재공학부 졸업생인 박성준 박사(삼성종합기술원)가 제1 저자로 참여한 이번 연구가 국제 학술지인 네이처(Nature, 논문명: Self-powered ultra-flexible electronics via nano-grating-patterned organic photovoltaics)지에 지난 9월 27일 자로 게재됐다고 밝혔다.

박성준 박사는 공동 연구팀과 함께 초박형 유기 태양 전지를 유기 전기 화학 트랜지스터와 한 평면에 결합하고 피부에 붙여넣는 초박형 센서를 개발했다.

신축성 있는 얇은 유기 태양 전지를 저전압으로 구동 가능한 마이크로 센서와 연결하면 장시간 안정적으로 작동할 수 있다.

하지만 초박형 전원과 센서가 결합한 장치는 피부 등의 변형이나 빛의 입사 각도에 따라 태양 전지의 출력이 불안정해질 수 있다.

연구팀은 나노 스케일의 규칙적인 선상의 요철 패턴인 '나노 요철 구조'를 초박형 유기 기판 위에 형성하는 데 성공했다.

두께 1μm(마이크로 미터·100만분의 1m)의 초박형 기판 위에 높이 수십 nm(나노 미터·10억분의 1m) 주기 약 700nm의 요철 모양의 나노 패턴을 전자 주입 층과 반도체 폴리머층에 형성했다.

연구팀이 제작한 피부 부착형 심전도 측정 장치를 인체의 피부에 붙인 결과 외부 전원 없이 구동 신호 대 잡음 비(S / N 비)가 25.9dB로 높은 정확도로 신호를 얻어냈다.

주기적인 나노 격자 구조가 빛의 굴절률을 조정해 태양 전지 표면에서의 빛의 반사를 감소시키고 박막 내부에서의 광 산란 증강과 금속 전극의 표면 플라즈몬 공명 효과를 일으킴으로써 효율적으로 입사광을 에너지 생성에 이용할 수 있게 한 것이다.

태양 전지의 에너지 변환 효율도 현재까지 보고된 플렉서블 유기 태양 전지의 세계 최고 효율 10.5%를 달성했으며 광 입사각 의존성을 감소하는 데에도 성공했다.

이번 연구는 박성준 박사와 허수원 박사(이화학연구소), 이원령 박사(KAIST)가 제1 공동저자로 연구를 주도하고 켄지로 후쿠다(이화학연구소), 케이슈케 타지마(이화학연구소) 타카오 소메야 교수(동경대)가 공동 교신저자로 참여했다.