차세대 태양전지 활용, 수소생산 효율 높이는 방법 찾았다

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페로브스카이트 태양전지를 이용해 제작한 광전기화학소자의 모식도(광주과학기술원 이상한 교수, 이광희 교수 제공) ©뉴스1

(대전=뉴스1) 심영석 기자 = 차세대 태양전지 후보 가운데 하나인 페로브스카이트 태양전지를 이용해 이산화탄소 배출 없이 수소를 안정적으로 얻을 수 있는 새로운 연구결과가 나왔다.

한국연구재단은 광주 과학기술원 이상한·이광희 교수 연구팀이 페로브스카이트 내부결함 제어 및 액체금속 밀봉기술로 효과적이고 안정적인 수소생산이 가능함을 확인했다고 4일 밝혔다

페로브스카이트는 1839년 러시아 광물학자 레브 페로브스키가 발견한 광물의 결정구조(ABX3)로 태양전지의 재료로 널리 사용되고 있다.

기존에도 페로브스카이트 태양전지로 수소를 생산하려는 연구가 있었지만 페로브스카이트의 이온결함과 수분에 대한 취약성이 걸림돌이 됐다.

이에 연구팀은 아미노산의 한 종류인 L-프롤린을 첨가제로 사용해 페로브스카이트 자체의 이온결함을 보완했다.

특정한 조건에서 양이온과 음이온을 모두 가질 수 있는 L-프롤린(단백질을 구성하는 20개의 아미노산 중 하나)이 페로브스카이트 내부의 양이온 결함 및 음이온 결함을 모두 채움으로써 소자의 효율과 안정성을 향상시킨 것이다.

또, 연구팀은 인듐 갈륨 액체금속과 티타늄 포일로 페로브스카이트를 밀봉함으로써 수분에 대한 취약성도 해결했다.

수분에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 전극과 소자간 전하이동도 역시 높여 수소생산 효율을 한층 높일 수 있었다.

실제, 이렇게 만들어진 소자는 기존 페로브스카이트 광전기화학 소자 대비 2배 이상의 안정성을 보였다.

수소생산효율(반쪽전지 효율) 역시 9.6%로 나타났는데, 이는 페로브스카이트 소재를 사용한 광전기화학 소자 중 가장 우수한 성능이다.

연구팀은 향후 더욱 안정적인 수소생산을 위한 페로브스카이트 재료연구 및 생산단가를 낮추기 위한 촉매 연구를 추진할 예정이다.

한편, 이번 연구 성과는 재료분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼’ 2021년 1월21일자 온라인판에 게재됐다.

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