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가시광 흡수율 높인 '산화물 나노튜브' 개발

아주대 서영탁·한양대 전형탁 교수…다양한 에너지소자 활용 기대

아주대 서영탁(왼쪽)·한양대 전형탁 교수.
미래창조과학부와 한국연구재단은 아주대 서영탁·한양대 전형탁 교수 연구팀이 가시광 흡수율이 개선된 '산화물 나노튜브'를 개발했다고 21일 밝혔다.

이번에 개발된 나노튜브는 가시광을 잘 흡수하고 방출할 수 있어 태양전지나 태양광촉매제, LED, 광센서 등에 쓰일 수 있는 광기능성 소자로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 광기능성 소자는 빛을 이용해 광에너지를 전기에너지나 화학에너지로 변환하거나 전기에너지를 광에너지로 변환시키는 소자이다.

반도체 특성을 갖는 여러 나노산화물은 표면적을 넓히는데 유리해 광기능성 소자로 개발하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있지만  상용 나노산화물은 자외선 보다 파장이 긴 가시광 영역의 빛을 잘 흡수하지 못해 연구에 어려움을 겪고 있다. 이 때문에 불순물을 주입해 태양광을 흡수하거나 가시광을 방출할 수 있도록 했지만 원하는 위치에 균일하게 불순물을 주입하는데는 한계가 있었다.

연구팀은 나노튜브 표면 바로 아래 격자에 탄소를 균일하게 주입해 가시광 흡수율을 3배 이상 높인 이산화티타늄 나노튜브를 합성했는데, 이같은 흡수율 증대효과는 보고된 산화물 주입 효과 중 최고 수준이다. '이산화티타늄(TiO2)'는 티타늄 산화물로 나노입자나 나노튜브 등 다양한 형태로 만들어져 자외선 차단제, 페인트, 광촉매제, 전자소재 등으로 다양하게 활용된다.

동시에 이를 염료감응형 태양전지에 적용해 변환효율 4.9%의 태양전지를 시연하는데 성공했으며, 이는 나노튜브를 이용한 태양전지에서는 매우 높은 수준으로 평가받고 있다.

서 교수는 "나노구조 이산화티타늄의 가시광 흡수율 증대 효과로 인해 태양광 흡수를 필요로 하는 다양한 에너지 소자 즉, 태양전지와 태양광촉매 등에 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 미래부와 연구재단이 추진하는 신진연구자지원사업과 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 물리화학분야 권위지인 'Journal of Physical Chemistry' 온라인판에 최근 게재됐다.

탄소주입된 TiO2 나노 튜브와 가시광 흡수율 결과 이미지.

 
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