친환경 금빛 태양전지, 효율 높일 방법 찾아
나트륨 이온이 전자 수송 도와 효율 높여금 나노클러스터 태양전지에서 나트륨 이온이 광전환 효율에 영향을 주는 모습을 표현한 그림. 사진제공=한국연구재단 |
금을 이용한 친환경 태양전지의 단점으로 지적된 에너지 전환 효율을 높일 수 있는 방법을 국내 연구진이 찾아냈다.
한국연구재단이 방진호 한양대 바이오나노학과 교수 연구진이 전극을 만들 때 쓰는 나트륨 이온이 금 나노클러스터 태양전지 효율을 높일 수 있음을 알아냈다고 7일 밝혔다.
금은 반응성이 낮은 귀금속이다. 하지만 원자 수십 개 정도로 모인 금 나노클러스터는 활성을 높일 수 있어 촉매나 특정 모양을 만드는 데 활용할 수 있다.
특히 금 원자 22개가 14면체 구조로 모인 금 나노클러스터는 독특한 구조로 빛을 잘 흡수한다. 기존 태양전지에서 빛을 흡수하는 데 쓰는 중금속보다 친환경적이어서 차세대 태양전지 소재로 꼽히고 있다.
하지만 빛을 전기로 바꾸는 효율이 실리콘 태양전지보다 5배 넘게 낮다는 단점을 갖고 있다.
이런 상황에서 연구진은 나트륨 이온이 금 나노클러스터의 효율을 높일 수 있음을 밝혀냈다.
빛을 흡수한 금 나노클러스터가 전자를 만들면 붙어 있는 반도체 산화물 전극과 백금 전극으로 이동하면서 전기가 생긴다. 이때 나트륨 이온이 광흡수체와 산화물 전극을 강하게 붙도록 해 전자 분리와 수송을 원활하게 촉진하며, 광전환 효율을 높일 수 있다는 사실을 알아냈다.
금 나노클러스터는 현재 사용하는 중금속보다 친환경적이어서 웨어러블 기기에 효과적일 것으로 기대되고 있다.
이 연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘미국화학회 에너지 레터스(ACS Energy Letters)’에 5월 8일 표지논문으로 게재됐다.
박응서 머니투데이방송 MTN 선임기자