식물 광합성 모방한 태양전지 상용화 길 열었다

국내 연구팀이 태양빛을 이용해 식물이 광합성을 하듯 전기를 생산하는 염료감응 태양전지의 상용화를 앞당길 수 있는 새로운 전극용 물질을 개발했다.
산화·환원 전해질로 구성된 염료감응 태양전지는 표면에 화학적으로 흡착된 염료 분자가 태양빛을 받아 전기를 생산하는 전지다. 1990년대 초 개발된 이후 아직 상용화되지 못했는데 고가의 백금 촉매를 대체할 수 있는 촉매 개발이 가장 큰 걸림돌이었다.
백금 촉매를 대체할 물질로 그래핀이 주목받고 있지만 그래핀의 전기화학적 활성이 낮아 그래핀 자체로는 촉매로서 기능이 떨어진다는 점이 문제였다. 이를 해결하기 위해 그래핀에 이종원소를 도입한 탄소물질에 대한 연구가 이뤄지고 있다.
UNIST 백종범 교수 연구팀은 기계화학적 공정을 통해 이종원소 중 하나인 셀레늄(Se)을 그래핀에 도입했다. 기존 이종원소 도입방법과 달리 가장자리에만 셀레늄을 도입해 그래핀의 우수한 전기적 특성을 유지해 준 것이다.

셀레늄이 도입된 그래핀은 염료감응 태양전지용 전해질인 코발트 및 요오드 환원용 촉매로 특성을 평가했을 때 우수한 전기화학적 특성을 보였다. 1000번을 사용한 후에도 최초의 전기화학적 특성을 그대로 유지할 정도로 높은 안정성을 보였다. 전지효율도 백금을 사용했을 때보다 높았다. 연구성과는 사이언스 어드밴시스 17일자 온라인판에 게재됐다.
백 교수는 염료감응 태양전지의 상용화를 가로막던 원인 중 하나가 비싼 백금 촉매를 대체할 수 있는 새로운 소재개발이 늦어진 것”이라며 셀레늄이 도입된 그래핀이 백금 전극을 대체하게 되면 염료 감응 태양전지 상용화에도 기여할 것”이라고 연구의의를 밝혔다.
[이영욱 기자]