[그린포스트코리아 김동수 기자] 중금속이 아닌 금을 광흡수체로 활용한 친환경 태양전지의 효율을 높일 수 있는 방법이 개발됐다.
한국연구재단은 방진호 한양대학교 바이오나노학과 교수 연구팀이 전극제조 과정에 쓰이는 소금 속 나트륨 이온이 금 나노클러스터 태양전지의 효율에 영향을 미치는 요인임을 알아냈다고 7일 밝혔다.
금은 반응성이 낮은 금속이다. 하지만 금 원자 수십개가 모인 금 나노클러스터는 원자단위로 제어할 수 있고 활성을 높일 수 있어 화학반응 촉매나 플랫폼 등으로 쓰인다.
특히 금 원자 22개가 14면체 구조로 모인 금 나노클러스터는 독특한 구조로 빛을 잘 흡수한다. 여기에 실리콘이나 페로브스카이트 태양전지에 사용되는 중금속 광흡수체에 비해 친환경적인 광흡수체인 금 나노클러스터는 차세대 태양전지 소재로 꼽힌다.
하지만 빛을 전기로 변환하는 광전환 효율이 기존 실리콘 태양전지보다 5배 이상 낮다는 단점이 있다.
연구팀은 전극제조 과정에 쓰이는 나트륨 이온이 금 나노클러스터와 전극과의 흡착을 돕는 요인임을 알아냈다.
빛을 흡수한 금 나노클러스터에서 전자가 생성되면 접합된 반도체 산화물 전극(TiO2)으로 이동한다. 이후 전자가 백금 상대 전극으로 수송되면서 전기가 생성된다. 이때 나트륨 이온이 광흡수체와 산화물 전극 간 흡착을 강하게 함으로써 생성된 전자의 분리와 원활한 수송을 촉진, 광전환 효율을 높인다.
특히 친환경적인 금 나노클러스터를 광흡수체로 활용해 앞으로 웨어러블 디바이스 등에 널리 활용될 것으로 기대된다.
이번 연구의 성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘에이씨에스 에너지 레터스(ACS Energy Letters)’에 5월 8일 표지 논문으로 게재됐다.
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