태양전지 효율 2배 이상↑ 원천기술 개발

"국내 연구진, '금 나노클러스터 감응형 태양 전지' 작동원리 규명"

[한경닷컴 콤파스뉴스=이승현 기자] 국내 연구진이 태양전지 광전환 효율을 2배 가까이 끌어올릴 수 있는 원천 기술을 개발했다.

한국연구재단은 25일 한양대 방진호 교수 연구팀이 '금 나노클러스터 감응형 태양 전지'의 작동 원리를 규명했다고 밝혔다. 이는 이전보다 2배 가까이 광전환 효율을 높이는 기술로 세계 최초의 성과다.

금 나노클러스터는 분자와 같은 물리적 성질을 갖는 2나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 이하 크기의 금 입자다.

그동안 이를 이용한 태양광 전환 시스템은 친환경적 특성과 화학적 안전성이 있었던 반면 태양전지의 '전극계면' 현상에 대한 이해가 없어 광전환 효율이 낮았다.

방진호 교수 연구팀은 전극계면에서의 전하 이동과 재결합에 대한 근본적인 연구가 이뤄지지 않아 광전환 효율을 더 증가하기 어렵다는 문제의식에서 출발, 광흡수율과 전극계면에서의 전하 재결합, 전하 이동 등 핵심적인 현상에서 최적의 입자 크기가 있다는 사실을 처음으로 확인했다.

연구팀은 아울러 태양전지 광전환 효율 증대에 결정적인 역할을 하는 금 나노클러스터가 금 원자수 18개로 구성된 'Au18(SR)14'라는 사실을 규명했다.

이는 학계의 예측과 달리 '아이오딘계 전해질'이 금 나노클러스터의 화학적 안전성을 저해하지 않으면서 광전환 효율 향상에 중요한 역할을 하고 있다고 연구팀은 덧붙였다. 아이오딘계 전해질은 염료 감응형 태양전지에서 보편적으로 사용되는 전해질이다.

이 같은 연구를 토대로 광전환 효율을 기존보다 2배 가까이 높은 3.8％까지 끌어올릴 수 있었다고 방 교수는 전했다. 광전환 효율이 높으면 에너지 전환 효율도 높아진다.

연구재단 측은 "인류의 미래 에너지난 해결에 공헌하면서 금 나노클러스터를 통한 다양한 분야에 확대 적용할 수 있는 연구"라며 "차세대 태양광 전환 기술로 크게 주목받을 것으로 기대한다"고 부연했다.

한편 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 신진연구자지원사업·선도연구센터지원사업 지원을 받아 진행됐으며 화학 분야 권위적 학술지인 '미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)'에 1월 13일자로 발표됐다.

이승현 한경닷컴 QOMPASS뉴스 기자 shlee4308@asiaee.net