국내 연구진이 태양광 수소 생산효율이 2배 높은 유기반도체 광전극을 개발했다.
울산과학기술원(UNIST)은 장지욱·양창덕·조승호 교수 연구팀이 유기반도체 물질을 물로부터 효과적으로 보호하는 모듈 시스템을 이용해 성능과 안정성이 우수한 광전극을 개발했다고 11월9일 밝혔다.
연구팀에 따르면, 태양광 수소 생산에 쓰이는 광전극은 태양광 에너지를 흡수해 전하 입자를 만드는 반도체 물질로 이루어져 있다.
생성된 전하 입자가 전극 표면에서 물과 반응해 수소와 산소를 만드는 것이 태양광 수소 생산의 원리이며 물속에서 일어나는 반응이기 때문에 안정적인 금속산화물 무기반도체 광전극에 대한 연구가 주류를 이루었다.
반면, 유기반도체 물질은 수소 생산효율이 훨씬 높으나 물속에서 빠르게 손상된다는 문제가 있어 광전극으로 사용되지 못했다.
연구팀은 액체 금속(인듐·칼륨 합금), 니켈 포일, 니켈 포일 위에서 바로 자란 촉매(니켈·철 2중층 수산화물)로 구성된 모듈 시스템을 이용해 물속에서 안정적인 유기반도체 광전극을 만들었다.
니켈 포일은 물이 유기반도체와 직접 접촉하는 것을 막고 촉매가 전체 반응을 도우며 니켈 포일과 유기반도체 사이를 메우는 액체 금속은 물을 빈틈없이 차단하면서 전하 입자의 흐름은 막지 않는다.
연구팀은 개발한 유기반도체 광전극의 수소 생산효율이 기존 무기반도체 광전극의 2배 이상인 4.33%를 기록했다고 설명했다.
에너지화학공학과 장지욱 교수는 “높은 효율을 보유한 유기물을 광전극에 적용할 수 있다는 가능성을 규명한 연구”라며 “기존에 효율 측면에서 한계가 있었던 태양광 수소 전환 기술의 상용화를 앞당길 수 있을 것”이라고 강조했다.
연구 성과는 국제학술지 Nature Communications 11월2일자로 공개됐으며 연구 수행은 기후변화대응기술기초원천기술사업, 기본연구사업, 신진연구사업 등의 지원을 받아 이루어졌다. (K)