GIST·서울대 연구팀, 강유전체 광전극 이용

태양 에너지로 물을 분해해 수소를 얻는 기술의 향상은 세계적인 공통 관심사다.  

GIST(광주과학기술원)은 이상한 교수와 서울대 장호원 교수 연구팀이 강유전체를 이용해 물 분해 수소 생산의 고효율 방식을 제시했다고 28일 밝혔다. 

강유전체는 자체적으로 전기 극을 갖고 있어 외부전기장에 의해 분극 방향이 변하는 물질로, 차세대 비휘발성 메모리 소자로 주목받고 있다.

연구팀은 강유전체로 실험한 결과, 분극 값이 클수록 광 전류 밀도가 높아진다는 사실을 발견했다.
 
광 전류 밀도는 빛 조사 시 전하 분리 현상으로 생성되는 전류를 빛 받은 면적으로 나눈 수치다. 밀도가 높아짐은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 효율이 커진다는 뜻이다.

이러한 연관성은 그동안 명확한 실험적 증명이 없었다. 연구팀이 조사 결정 방향의 변형 값으로 이를 증명했다.

연구팀에 의하면 상온에서 강유전성과 반강자성을 동시에 갖고 있는 ‘비스무스 페라이트’라는 재료에 결정 방향을 대각선으로 조사하면, 수직 결정방향보다 광 전류 밀도가 5배 이상 향상된다. 이렇게 발생된 전기 에너지로 물을 분해해 수소를 만들어 낼 수 있다. 즉, 향상된 자발 분극 값을 가지는 강유전체를 광전극으로 사용해 결과적으로 수소 생산 효율을 높인다.
 
이상한 교수는 "이 연구는 강유전체의 자발 분극 값이 태양광 변환 효율을 높일 수 있는 물리적 성질 중의 하나임을 새롭게 제시해, 수소 생산뿐 아니라 태양 전지 등 에너지 생산 기술 분야에 적용할 수 있다"고 기대했다.
 
이번 연구는 교육부와 한국연구재단 이공학개인기초연구지원사업으로 수행됐다. 결과는 국제 과학 학술지 나노 리서치(Nano Research) 6월 9일자에 게재됐다.

결정 방향 별 비스무스 페라이트 광 전극 박막의 광 특성 향상에 대한 모식도<사진=한국연구재단 제공>
결정 방향 별 비스무스 페라이트 광 전극 박막의 광 특성 향상에 대한 모식도<사진=한국연구재단 제공>
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