태양광 물분해 최초 성공

▲ 페로브스카이트 광전극을 이용한 태양광 물분해의 모식도(A)와 페로브스카이트 광전극의 단면 구조를 전자 현미경을 통해 관찰한 이미지(B). 제공=한국연구재단

금오공대 오일환 교수, 페로브스카이트 소재 이용

고온공정 통한 단결정 실리콘 대체 기술 개발

국내 연구진이 값싼 페로브스카이트 소재를 이용해 태양광 수소를 생산하는 과정에서 세계 최초로 태양광 물분해에 성공했다.

19일 한국연구재단(이사장 정민근)에 따르면 금오공대 응용화학과 오일환 교수 연구팀이 최근 전세계적으로 주목받는 유기성분과 무기성분이 조합된 페로브스카이트 소재를 이용해 태양광을 활용해 물을 분해하는 데 성공했다.

화석연료의 고갈과 함께 환경 문제가 심각하게 대두하면서 최근 대체 에너지원으로 주목받는 수소가 태양광을 이용해 생산할 수 있어지면서 경제적인 수소 생산을 위한 연구가 전 세계적으로 진행되고 있다.

하지만 물분해에 이용되는 반도체를 구성하는 단결정 실리콘 등은 고온 공정을 통해 제조돼 단가가 비싸서 태양광 수소 생산에 경제성이 떨어진다.

이에 연구진은 차세대 태양전지로 주목받으면서 값싼 상온공정을 통해 손쉽게 제조할 수 있는 페로브스카이트 소재를 활용해 통합 태양광 물분해를 세계 최초로 성공했다.

페로브스카이트 소재를 활용해 제작된 광전극은 광전압 약 0.8V, 광전류 20mA/㎠으로 실리콘 등 기존 고가의 반도체 물질과 유사한 수준의 광전압과 광전류를 지니고 있다.

그렇지만 페로브스카이트 소재는 수분에 노출되면 가수분해돼 성능이 저하하는 한계가 있다.

오 교수팀은 이러한 문제점을 해결하고자 페로브스카이트 상부에 탄소나노튜브와 고분자 복합층을 도입해 바늘구멍이 최소화된 보호막을 생성시켜 수분 침투를 막아 광전극의 안정성을 증가시켰다.

오일환 교수는 “저가의 용액공정으로 합성된 페로브스카이트 반도체를 사용해도 기존 단결정 실리콘 등 고가 반도체와 유사한 수소생산 성능을 보여 제조공정이 비싸고 효율이 낮은 태양광 물분해 기술의 경제성을 높이는 데 기여할 것으로 전망된다”고 전했다.

이번 연구결과는 재료과학 권위지인 ‘에이시에스 어플라이드 머터리얼즈 & 인터페이시즈(ACS Applied Materials & Interfaces)’ 온라인판 5월7일자에 게재됐다. 이승규 기자 esk@

▲ 오일환 교수