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한국항공우주연구원이 개최하는 '2012 인간동력항공기 시범경진대회'에 참가할 10개 팀이 선정됐습니다.

선정된 팀은 ▲다빈치팀 ▲서울대팀 ▲세종대팀 ▲인하공전 모도리팀 ▲인하대팀 ▲울산대팀 ▲충남대팀 ▲카이스트팀 ▲항공대 구조시스템팀 ▲항공대 활공회팀(이상 가나다 순) 입니다.

참가팀들은 중간평가와 예비 비행시험 등을 거쳐 오는 10월 전남 고흥 항우연 항공센터에서 열리는 최종 경진대회에 참가하게 됩니다.

한국항공우주연구원은 이들 팀에게 기체 제작에 필요한 주요 기자재 및 일정 경비를 단계적으로 지원합니다.

또 이번 평가에서 선정되지 못한 팀이 오는 4월 20일까지 기체제작 계획서 등을 다시 제출할 경우, 재심사를 통해 추가 참가자 선정 여부를 검토할 계획입니다.

'2012 인간동력항공기 시범경진대회'는 국내에서 처음 열리는 대회로, 기계적인 동력을 사용하지 않고 사람의 힘만으로 비행할 수 있는 가벼우면서 공기역학적으로도 우수한 항공기를 개발하는 능력을 겨루게 됩니다.

항우연은 이번 시범경진대회에 이어 내년부터는 본 대회를 개최할 예정입니다.

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태양으로부터 지구에 도달하는 태양광은 자외선에서 가시광선 및 적외선을 포함하고 있으며, 현재 무-유기 하이브리드 태양전지는 주로 가시광선까지의 태양광을 활용하므로 효율 향상의 한계를 이번 연구 성과를 통해 기존보다 넓은 파장대 영역의 태양광을 활용할 수 있는 기술을 개발함


한국화학연구원 석상일 박사팀이 기존 태양전지 기술과 무기 및 유기 소재의 장점을 융합한 무-유기 하이브리드 태양전지 제조기술의 고효율화를 위한 방법론을 제시했습니다.

무-유기 이종접합 하이브리드 태양전지 제조기술은 2010년 석상일 박사팀이 세계 최초로 개발한 신개념 태양전지 제조 원천기술입니다.

당시 석 박사팀은 고효율의 무기반도체박막태양전지와 저가의 유기태양전지를 염료감응태양전지 구조에 적용한 융합기술로 효율성과 가격경쟁력의 두 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있는 원천기술을 발표해 주목을 받았습니다.
     
이번에 석 박사팀은 태양전지의 효율을 획기적으로 올리기 위한 다중구조(panchromatic)의 태양전지를 제조하는데 성공해 태양전지의 고효율화를 위한 새로운 길을 제시했습니다.

이번 연구는 그 동안 제대로 활용하지 못했던 태양광의 장파장 영역에 있는 빛을 효율적으로 흡수하고 광전자-홀로 분리하여 기존보다 넓은 파장대의 태양광을 활용할 수 있는 기술입니다.

이번 연구성과는 세계적 권위의 나노분야 학술지 나노레터스(Nano Letters) 온라인판(2012년3월8일)에 게재되었습니다.
(논문제목 : Panchromatic Photon-Harvesting by Hole-Conducting Materials in Inorganic-Organic Heterojunction Sensitized-Solar Cell through the Formation of Nanostructured Electron Channels)

다중구조 (panchromatic)의 무-유기 하이브리드 KRICT 태양전지 구조

광전극 골격에 가시광 영역의 빛을 흡수하는 무기반도체 나노입자와 근적외선 영역의 빛을 흡수하는 공액 고분자를 이용한 다중구조에서 광으로부터 전자를 생성하는 개념도


 

 용  어  설  명

무기반도체박막태양전지 :
전자(n)-정공(p)의 무기반도체 박막을 p-n으로 서로 접합하였을 때 반도체의 금지대폭(Eg : Band-gap Energy)보다 큰 에너지를 가진 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되는데, 이들 전자-정공이 p-n 접합부에 형성된 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 모이게 되는 원리로 동작하는 태양전지.
효율은 높지만 제조 비용이 고가인 단점이 있음.

염료감응태양전지 :
식물의 광합성 원리를 모방한 태양전지로, 전자(n) 전도성 지지체 위에 태양광을 흡수하는 염료를 부착하여 태양광 흡수로 생성된 전자-정공 쌍이 전자전도체-홀전도체 계면에서 분리되어 전자와 홀이 외부 회로로 흐르게 하여 동작하는 태양전지.
효율이 비교적 높고 저가로 제조 가능하지만, 액체전해질 사용으로 장기적으로 사용하는데 안정성 문제가 있음.

유기태양전지 :
태양광을 흡수하여 전자-정공을 생성하는 고분자 재료에 전자흡수능력을 가진 물질을 결합하여 제조되는 태양전지.
저가로 제조가 가능하지만, 광안정성이 낮은 단점이 있음.

공액 고분자 :
폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리사이오펜과 같이 탄소와 탄소사이가 이중결합 (π 결합)과 단일결합 (σ결합)이 교대로 형성된 구조를 가지는 고분자로써 전기 전도성 및 반도체적인 성질을 가져 발광 다이오드, 태양전지, 트랜지스터 등에 사용됨.

Nano Letters誌 :
나노과학 및 나노기술 분야에서 세계적으로 권위 있는 학술지로, 미국 화학회에서 발행하는 학술지 (2010년도 SCI 피인용지수 : 12.219)

<무기-유기 이종접합 하이브리드 태양전지 제조기술>

1. 기존 태양전지 제조기술

 ○ 반도체박막태양전지 : 효율이 높지만 고가임
 ○ 염료감응태양전지 : 효율이 비교적 높고 저가가 제조가 가능하지만 액체전해질 사용에 의한 장기 안정성에 문제를 가지고 있음
 ○ 유기태양전지 : 저가로 제조가 가능하지만 광안정성이 낮음

2. 무기-유기 이종접합 하이브리드 태양전지
 ○ 무기물과 유기물을 주요한 태양전지의 구성 요소로 동작하는 태양전지
 ○ 순수 유기물 태양전지에 비하여 내구성이 우수하고 고효율이 가능
 ○ 저가의 무기물과 화학적 용액 공정에 의하여 태양전지 제조가 가능하며, 무기반도체나노입자와 전도성 고분자 모두에서 태양에너지를 흡수하여 전기적 에너지로 변환이 가능한 구조
 ○ 광흡수와 전자전달을 하는 무기반도체와 홀전달체인 공액 고분자의 유기반도체가 계면에서 서로 접합한 접합부에서 광에 의하여 생성된 전자-정공이 에너지 준위의 차이에 의하여 전자는 무기물인 무기반도체층으로, 정공은 유기반도체층으로 이동하는 원리로 동작하는 태양전지.
 ○ 염료감응태양전지의 구조에 기반하여, 고효율 무기반도체박막태양전지의 무기반도체를 나노입자화(양자점 포함)하여 염료 대신에 광감응제로 사용하고, 유기태양전지의 전도성 고분자와 효과적으로 결합하는 방법
 ○ g당 수십만원 하는 합성된 염료 대신에 단지 수십원하는 무기반도체나노입자용 원료를 사용하여 광흡수층을 용액상에서 생성시키고, 유기 용매에 용해한 전도성 고분자를 코팅하는 매우 단순한 공정에 의하여 태양전지 제조 가능
 ○ 근적외선 영역의 태양광 에너지도 활용이 가능한 특징을 가지며, 대면적이나 유연성 기판에도 쉽게 적용이 가능

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유압 플랜트용 비례압력 제어 밸브는 제철, 제강, 자동차 생산 라인 등에 필요한 핵심 장치로 유압 시스템의 압력을 일정하게 제어하는 역할을 합니다.

한국기계연구원 극한에너지기계연구실 윤소남 박사팀이 세원셀론텍㈜과 공동으로 일본, 독일 등 첨단 기술을 보유한 외국 기업의 전유물이었던 중^대형 유압플랜트용 핵심 비례압력제어 밸브 설계 제작 기술이 국내 처음으로 개발했습니다.

비례압력제어 밸브 외관


이번에 개발된 밸브 성능은 최고 사용압력이 42 MPa(메가파스칼), 히스테리시스 특성(이력 특성)과 반복성(일정 반복 입력에 따른 출력 압력의 편차)이 0.5% 이하로 수입 제품과 동등한 성능을 보였습니다.

게다가 이를 파이로트로 사용해 2단으로 설치하면 유량제어 면적이 넓어져 최대 400 lpm의 유량 범위에서 사용할 수 있는 장점이 있습니다.

비례압력제어 밸브를 파이로트로 한 2단 제어밸브



이번에 개발된 비례압력제어 밸브는 비례 솔레노이드와 주밸브로 구성되며, 주밸브 부는 소음과 캐비테이션 문제점을 개선하는 구조를 지녀 이에 대한 특허 출원까지 마쳤습니다.

비례 솔레노이드는 시스템 압력을 비례적으로 제어할 수 있어 흡인력 비례 성능이 향상됐습니다.

또한 디지털 PWM(펄스폭 변조법) 신호를 빠르게 인지하는 방식을 채택해 응답 성능이 기존 밸브보다 50% 이상 높아졌고, 이에 따라 20% 이상의 에너지 절감 효과도 기대되고 있습니다.

연구팀은 이번 기술을 향후 사출기나 프레스, 모바일 건설 장비, 해양 플랜트 등의 압력제어 분야에 적용할 방침입니다.

개발된 밸브 성능측정 장비 및 시험입력신호

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