방진호 교수팀, 나트륨 이온과 광전환 효율 상관관계 밝혀

국내 연구진이 태양전지 효율을 높일 나트륨 역할을 새롭게 규명했다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 방진호 한양대 바이오나노학과 교수팀이 전극제조 과정에 쓰이는 소금 속 나트륨 이온이 금 나노클러스터 태양전지의 효율에 영향을 미치는 요인임을 알아냈다고 7일 밝혔다.

육안으로 보이는 금은 반응성이 낮아 귀금속으로 분류되지만 눈에 보이지 않을만큼 작은 금 나노클러스터는 원자단위로 제어하거나 활성을 띨 수있어 화학반응 촉매나 플랫폼 등으로 이용된다. 특히 금 원자 22개가 육팔면체 구조로 모인 금 나노클러스터는 독특한 코어·쉘 구조 때문에 빛을 잘 흡수할 수있어 차세대 태양전지 소재 가운데 하나로 꼽힌다. 

하지만 문제가 있다. 빛을 전기로 변환하는 광전환 효율이 기존 실리콘 태양전지보다 5배 이상 낮아 광전환 효율과 안정성 향상을 위한 다양한 연구가 필요했다.

그 가운데 연구팀이 전극제조 과정에 쓰이는 나트륨 이온이 금 나노클러스터와 전극과의 흡착을 돕는 요인임을 알아냈다. 

빛을 흡수한 금 나노클러스터에서 전자가 생성되면 접합되어 있는 반도체 산화물 전극(TiO2)으로 이동한 후 전자가 백금 상대 전극으로 수송되면서 전기가 생성된다. 이 때 나트륨 이온이 광흡수체와 산화물 전극간 흡착을 강하게 함으로써 생성된 전자의 분리와 원활한 수송을 촉진, 광전환 효율을 높이는 열쇠라는 것을 알아냈다. 

연구 관계자는 "금속이 아닌 금 나노클러스터를 광흡수체로 이용하는 것은 웨어러블 디바이스나 실내용 디바이스의 전원공급에 보다 유리할 수 있어 금 나노클러스터 태양전지 효율 향상의 실마리를 제공할 것"이라고 말했다.

연구내용은 에이씨에스 에너지 레터스(ACS Energy Letters)에 게재됐다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 방진호 한양대 바이오나노학과 교수팀이 전극제조 과정에 쓰이는 소금 속 나트륨 이온이 금 나노클러스터 태양전지의 효율에 영향을 미치는 요인임을 알아냈다고 7일 밝혔다. <사진=한국연구재단 제공>
한국연구재단(이사장 노정혜)은 방진호 한양대 바이오나노학과 교수팀이 전극제조 과정에 쓰이는 소금 속 나트륨 이온이 금 나노클러스터 태양전지의 효율에 영향을 미치는 요인임을 알아냈다고 7일 밝혔다. <사진=한국연구재단 제공>
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