기존 양자점 광센서는 주로 수 마이크로미터 이상의 두꺼운 두께를 가지고 있고, 대부분의 연구가 독성이 있는 중금속을 포함한 황화납(PbS)과 같은 양자점을 활용하고 있기에 웨어러블 광센서로 실생활의 활용이 불가능했다.

이에 공동연구팀은 중금속이 포함돼 있지 않은 구리-인듐-셀레나이드(Cu-In-Se)의 친환경 양자점을 이용한 초고성능의 양자점 광센서를 개발하는데 성공했다. 기존에는 친환경 양자점을 이용할 경우 광센서의 성능이 좋지 않다는 것이 일반적이었다. 하지만 공동연구팀은 친환경 양자점의 크기·조성 제어를 통해 친환경 양자점의 전기적 특성을 향상시키고 친환경 양자점에 적합한 유·무기 하이브리드 전하전달층을 새롭게 개발해, 기존 독성 양자점 광센서의 성능을 뛰어넘는 친환경 양자점 광센서를 제작했다.

연구팀이 제작한 친환경 양자점 광센서는 약 40나노미터(nm)의 양자점 흡광층으로도 높은 소자 성능을 나타내고 외부 전원 없이 우수한 광검출 성능을 보여 웨어러블 광센서 응용 및 활용에 큰 장점을 가지고 있다. 또한 연구팀은 고분자 기반의 유연 기판 위에서 제작된 광센서를 광원과 결합해 웨어러블 맥박 센서를 제작했는데, 해당 센서는 0.5밀리미터(mm)의 곡률반경에서도 안정적으로 구동할 수 있는 유연성을 가지고 있어서 인체 부착 후 걷기와 뛰기 등 움직임이 있는 여러 상황에서도 안정적으로 맥박 측정이 가능했다.

DGIST 양지웅 교수는 “친환경 양자점의 구조 제어와 친환경 양자점에 최적화된 전하전달층을 개발해 고성능으로 구동하는 친환경 양자점 광센서 제작이 가능했다”고 말했다.

UNIST 최문기 교수는 “외부 전원이 필요 없는 친환경 양자점 광센서를 이용해 높은 유연성을 가진 초박막 맥박 센서를 제작할 수 있었다”며, “웨어러블 헬스케어 모니터링 시스템뿐 아니라 라이다, 적외선 카메라 등의 다양한 차세대 광센서 응용에 잠재적으로 응용이 가능할 것으로 보인다”고 했다.황보문옥 기자