구리 복합 산화물 기반의 ‘물 분해 광 전극’ 개발
저비용·고효율성·고내구성 효과 기대
△아주대 서형탁(오른쪽) 교수 연구팀이 '고효율 태양광촉매 전극'을 개발했다. (사진 제공=아주대)
[캠퍼스 잡앤조이=이진호 기자] 아주대 서형탁(신소재공학과·대학원 에너지시스템학과) 교수 연구팀이 '고효율 태양광촉매 전극'을 개발했다고 12일 밝혔다. 태양광으로 물을 분해하여 수소를 얻는 '광 전극'의 효율성과 내구성을 높이고 제작 비용을 획기적으로 낮추게 될 전망이다.
서형탁 교수 연구팀이 개발한 물질의 정식 명칭은 ‘구리-바나디움 나노 결정 산화물 기반의 고효율 태양광촉매 전극’이다. 공동연구원으로는 아주대 샨카라 칼라누르 교수(Shankara S. Kalanur, 신소재공학과)가 참여했다.
이번 개발은 태양광 에너지 분야에서 주목받는 소재인 '구리'를 활용했다는데 의의가 있다. 구리산화물은 태양광을 효율적으로 흡수하고 지표면상에서 쉽게 구할 수 있는 금속이기 때문에 가격 경쟁력이 있지만, 실제 태양광 흡수 이후 형성되는 전하이동효율이 떨어져 최종 효율이 낮아지는 한계가 있었다.
서 교수 연구팀은 광 전극이 용액합성으로 구리 원소를 바나디움 원소와 나노구조형상의 합금화를 통해 개발했고, 이로써 최적의 태양광 ‘입사광자변환효율’을 얻었다. 이 과정에서 합금 조성을 정밀하게 제어하는 기술이 사용됐다.
서형탁 교수는 "세 가지 다른 조성으로 개발된 나노 합금은 비록 같은 원소 구성 성분의 합금이더라도 각 원소의 조성비에 따라 태양광을 흡수하는 광학적 특성과 전하분리에 관여하는 전자구조에는 큰 차이를 보임을 전자구조 분석을 통해 규명했다"며 "이것이 태양광변환효율에 영향을 미치는 핵심 인자"라고 설명했다.
서 교수 연구팀은 정밀 조성 및 전자구조 제어를 통해 광 변환 효율을 합금 간 최대 200% 이상 개선시켰고, 본 구리기반 산화물 합금 결과에서는 기존 연구의 3% 수준과 비교해 6배 가량 개선된 약 18%의 양자효율을 얻었다.
서형탁 교수는 “저가·비 희귀 금속인 구리 복합 산화물을 기반으로 고효율 나노구조 광 전극을 얻는 정밀 합성법과 전자 구조 분석법을 개발한 것이 이번 연구의 주요 성과"라고 말했다.
jinho2323@hankyung.com
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