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태양전지·태양광 물분해 효율 향상 양자점 흡착 신기술 개발태양광 활용한 미래 기술 상용화 기대

[솔라투데이 탄소제로 이건오 기자] 태양전지 및 태양광 물 분해 효율을 크게 향상시킬 수 있는 양자점 흡착 신기술이 최근 국내 연구진에 의해 개발됐다.

태양전지 및 태양광 물 분해 효율을 크게 향상시킬 수 있는 양자점 흡착 신기술이 개발됐다. [사진=dreamstime]

호서대학교는 화학공학부 김재엽 교수 연구팀은 한양대 고민재 교수 연구팀, UNIST 이재성 교수 연구팀과 공동으로 황화납/황화카드뮴 양자점 흡착 신기술을 개발해 태양전지 및 태양광 물 분해에 의한 수소생산 효율을 크게 향상 시키는 데 성공했다.

양자점은 수 나노미터(nm, 10억분의 1m) 크기를 지니는 미세한 반도체 입자로 높은 흡광 계수를 지니며 크기에 따라 광학특성 조절이 가능하다는 독특한 장점을 지니기 때문에 디스플레이, 태양광 에너지 변환 등에 응용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

양자점을 태양광 에너지 변환 소자에 응용하기 위해서는 일반적으로 다공성의 금속산화물 전극 표면에 흡착시킨다. 연구팀은 황화카드뮴 양자점 흡착 과정에서 망간을 도핑하면 광학 특성의 향상과 함께 양자점 흡착량이 크게 증가하는 것을 밝혀냈다.

호서대학교 화학공학부 김재엽 교수 [사진=호서대학교]

또한, 금속산화물 전극을 염기성 용액으로 전처리하면 황화납 양자점 흡착량이 증가한다는 사실도 확인했다. 이 기술을 적용해 제작한 광전극을 양자점 감응 태양전지에 적용하였을 때 광변환 효율이 기존 대비 33%가량 증가한 것으로 나타났다. 그뿐만 아니라, 태양광 물 분해에 의한 수소 생산에 적용하였을 때, 세계 최고 수준인 22.1밀리암페어의 광전류 값을 기록했다.

김재엽 교수는 “이번 연구를 통해 개발한 양자점 흡착기술은 태양광 에너지를 전기에너지로 전환할 때뿐만 아니라 수소에너지로 전환할 때도 효과적으로 활용될 수 있다는 점이 가장 큰 장점”이라며, “이번 연구 결과는 태양광을 활용한 미래 기술의 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 인용지수(Impact Factor) 9.446에 달하며, JCR 환경공학 분야 1위에 랭크돼 있는 세계적인 학술저널인 ‘어플라이드 카탈리시스 B : 환경 (Applied Catalysis B : Environmental)’에 ‘Highly loaded PbS/Mn-doped CdS quantum dots for dual application in solar-to-electrical and solar-to-chemical energy conversion’라는 제목으로 온라인 게재됐다.

[이건오 기자 (editor@infothe.com)]

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