태양광-수소 전환 효율을 향상시킬 수 있는 새로운 나노 구조가 국내 연구진에 의해 개발됐다.
한국연구재단(이사장 이광복)은 조인선 아주대 교수, 한현수 스탠퍼드대 박사 연구팀이 이중 정렬된 이종접합 광전극 구조를 제안, 단일 정렬된 광전극 대비 4배 이상 높은 태양광-수소 전환 효율을 갖는 광전극 구조를 개발했다고 5일 밝혔다.
태양광-수소 생산 기술은 태양광과 물로부터 그린 수소를 생산할 수 있는 친환경 에너지 기술이지만 기존 단일 광전극 소재 이용 시 광 흡수율 한계, 낮은 전기 전도도 등으로 태양광-수소 전환 효율 향상이 제한적이었다.
연구팀은 소재 결정 구조학적 배향에 따라 소재 성질이 다르게 나타나는 비등방성에 주목, 이 원리에 기반해 표면 결정면 제어 및 이종 접합기술이 결합한 새로운 이중 정렬 이종접합 (Dual-textured-heterostructure) 모델로 연구를 진행했다.
그 결과 접합 계면에서 전자·정공 재결합을 크게 줄이고 효율적으로 전하를 수집할 뿐만 아니라 수소 발생 반응에 유리한 결정면이 표면에 드러나 획기적으로 수소 발생 특성을 향상할 수 있었다.
최적화된 표면제어 합성 방법은 다양한 산화물 합성 방법에도 응용될 수 있어 다른 에너지 분야로도 확장될 수 있을 전망이다.
조인선 교수는 “에너지 생산 및 저장기술 소자 등에 광범위하게 응용될 수 있는 이종접합 구조 디자인에 대한 새로운 아이디어를 제시했다는 데에 의의가 있다”며 “다만 상용화를 위해서는 도핑 농도, 열처리 조건 최적화 및 전극 안정성 향상 등이 필요한 만큼 추가 연구를 지속할 것”이라고 말했다.
한편 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견 연구, 기초연구실사업 등 지원으로 수행된 이번 연구성과는 화학공학 분야 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 지난 2월 10일 온라인 공개됐다.
이인희기자 leeih@etnews.com
