[동경이과대학교] 스기야마(杉山)연구실
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스기야마(杉山)연구실은 동경이과대학교 전기전자정보학과에 속해 있으며 다양한 재료를 이용한 에너지 기반 응용 디바이스(태양전지, 센서 등)에 대한 연구를 진행하고 있습니다. NEDO(국가 최대 프로젝트 중의 하나)프로젝트등 다양한 프로젝트를 진행 중에 있으며 현재는 1기가 끝나고 2기를 준비 중에 있습니다. 또한 코로니 스페이스등 대형 팀에서 에너지 획득에 관련된 부분을 담당하고 있으며, 하버드, MIT, 산업기술 종합연구소, 일본 유수의 대학(동경대학, 동북대학)등과 연계하여 활발한 연구를 진행하고 있습니다. 담당 교수인 스기야마(杉山 陸) 교수는 학부부터 교수까지 동경이과대학출신으로 츠쿠바 대학에서 박사학위를 받았습니다. 일본의 경지된 문화와 교수법등에 정면으로 부딪히는 몇 안되는, 개방되어 교수님으로 자유로운 발상을 중시하고 도전적인 연구실입니다. 연구의 자유도가 높은 만큼 손수 제작한 다수의 장비를 가지고 있으며, 그 만큼 다양한 분야의 노하우를 가지고 있습니다. 물론 많은 공부를 해야하지만 그만큼 학생들에 대한 지원을 아끼지 않는 실력파 연구실입니다. 현재 B4 12명(6명 석사 진학 예정), M1:4명, M2:1명, Doctor course:1명, Post Dr.1명 Assistant Professor 2명으로 이루어져 있으면 다국적 학생을 보유하고 있는 몇 안되는 연구실 중 하나입니다. 태양광 패널을 독자적 제작 및 평가를 할 수 있을 만큼 충분한 장비를 가지고 있으며, 우주 관련 연구센터 등 많은 공동 연구를 통해 활발한 연구를 진행하고 있습니다. 향후 연구과제로는 2차원 물질을 이용한 에너지 하베스팅등 최신 나노재료를 이용한 에너지 분야의 연구 영역 확장을 위해 힘쓰고 있습니다.
태양 전지 제작에 쓰이는 여러 재료들이 있지만 기조가장 기본적인 실리콘의 경우 발전 효율면에서 거의 한계에 다다르고 있다고 여겨지고 있습니다. 스기야마 연구실에서는 그것을 뛰어넘기 위한 연구를 중심으로 특히 재료측면에서 도전하고 있습니다.
1. 고효율 CIGS 차세대 태양전지의 제작
현재 실리콘을 이용한 태양전지가 일반적이지만, 고가에 비해 효율이 좋지 않아, 태양전지 산업의 발전을 위해 새로운 태양전지의 개발이 요구되고 있습니다. 스기야마 연구실에서는 구리(Cu),인듐,(In)갈륨,(Ga),셀렌(Se)등을 이용한 CIGS계열 태양전지를 이용하여 고품질이면서 저가인 태양광흡수층의 제작 방법을 제안하여 CIGS 태양전지의 개발의 박차를 가하고 있습니다. CIGS는 재료들이 모두 저가인 동시에 환경에 부담이 덜하다는 장점도 가지고 있습니다.
2. 투명도전성산화막
액정디스플레이, 터치패널등에 쓰이고 있는 투명하면서도 전기를 흘릴 수 있는 투명도전막이 현재 급성장하는 산업분야 중에 하나 입니다. 현재 주로 쓰이고 있는 투명 도전체는 희소 원소를 주로 사용하고 있어 저가 실현을 위해 산화물 반도체에 대한 연구를 진행 중 입니다.
3. 신기능재료 탐색 (실리콘 반도체보다 더 싸고 안전하게)
반도체의 연구개발은 원소반도체(실리콘,게르마늄)의 시작부터 2원소 반도체(GaAs,ZnGe)으로 확대되어 가고 있습니다. 그러나 현재 사용되고 있는 반도체는 희소원소를 포함하거나 환경에 악영향을 미치는 원소를 포함하고 있습니다. 스기야마 연구실에서는 Cu,Sn,S와 같은 환경 친화적인 원소를 이용하여 고출력의 태양전지를 만들기 위한 연구에 매진하고 있습니다.
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좋은 반도체 제품은 하이스펙만을 의미하지 않습니다. 오랫동안 망가지지 않고 쓸 수 있을 때 전체적인 코스트 절감이 실현됩니다. 그러나 제작에 관한 연구에 비해 왜 망가지는가에 대한 연구는 많이 뒤쳐져 있는 것이 현실입니다. 본 연구실에서는 가혹한 환경에서의 고장 메커니즘을 밝히고 그것을 평가할 기술 개발에 매진하여 제작 프로세스에 피드백을 통한 반도체 디바이스 제작 프로세스를 제안하고 있습니다.
5. 2차원 나노 재료를 이용한 에너지 분야의 연구
대부분의 에너지 교환(화학반응등)은 표면에서 이루어집니다. 2차원 물질(그라핀, 카본 나노튜브, 전이금속칼코게나이드등)은 기존의 3차원구조와는 달리 층간구조를 가지고 있고, 한층의 두께가 1나노정도의 매우 얇은 두께를 가지고 있는 진정한 의미의 나노재료입니다. 그것을 이용하여 표면 에너지를 제어하여 에너지 하베스트, 센서등을 이용항여 IoE사회를 대비한 응용 디바이스의 연구 개발에 매진하고 있습니다.
보통 개인적인 성향이 강하다고 생각되어진 일본의 단체 생활과는 달리 다함께 생활하는 것을 매우 강조하고 있습니다. 각 테마가 팀별로 이루어지고 팀내에서는 한가족과 같이 서로를 챙기며, 상하관계 없이 적극적인 토론을 통해 연구에 매진하고 있습니다. 한달에 한번 이상 팀워크를 다지기 위한 행사가 반드시 있으며(생일, 바베큐등) 다양한 국적의 사람들과 많은 교류를 가집니다. 특히 가족이 있는 경우 가족도 함께 참가하여 대가족과 같은 분위기를 연출합니다. 연구실에는 코어타임이 존재하며 오전 10시30분부터 오후 5시까지의 시간에는 연구에 집중. 그 이외의 시간은 절대 노터치! 상식선에 머무는 행동이라면 뭐든 OK!라는 분위기. 연구에 관해서는 매일 서로 의견을 교환하는 시간을 가지며, 이 후의 연구에 관한 토론을 적극적으로 함으로 인해 원활한 연구가 가능하게 합니다. “미지의 길을 걸음에 혼자 갈 이유가 없다”라는게 모토입니다.
■ 홈페이지 : https://www.tus.ac.jp/ko/about/campus/noda.html
■ 연구실 홈페이지 : https://www.rs.noda.tus.ac.jp/~optoelec/jindex.html
