(동양일보 정래수 기자) 국내 연구진이 태양전지 광전환 효율을 2배 가까이 끌어올릴 수 있는 원천 기술을 개발했다.

한국연구재단은 한양대 방진호 교수 연구팀이 '금 나노클러스터 감응형 태양 전지'의 작동 원리를 규명하고, 전보다 2배 가까이 광전환 효율을 높이는 기술을 세계 처음으로 개발했다고 25일 밝혔다.

금 나노클러스터는 분자와 같은 물리적 성질을 갖는 2나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 이하 크기의 금 입자다.

이를 이용한 태양광 전환 시스템은 친환경적 특성과 화학적 안전성이 있으나, 태양전지의 '전극계면' 현상에 대한 이해가 없어서 광전환 효율이 2.3％(2013년 미국 노트르담 대학 프라샨트 카마트 교수 발표)에 머물러 있었다.

전극계면은 태양전지를 만들 때 전극과 전해질이 만나 형성되는 표면이다.

방진호 교수 연구팀은 태양전지의 핵심 구성 요소인 금 나노클러스터의 입자 크기와 전해질에 대해 연구했다.

방 교수는 "전극계면에서의 전하 이동과 재결합에 대한 근본적인 연구가 이뤄지지 않아 광전환 효율을 더 증가하기 어렵다는 문제의식에서 출발했다"고 설명했다.

연구팀은 광흡수율과 전극계면에서의 전하 재결합, 전하 이동 등 핵심적인 현상에서 최적의 입자 크기가 있다는 사실을 확인했다. 아울러 태양전지 광전환 효율 증대에 결정적인 역할을 하는 금 나노클러스터가 금 원자수 18개로 구성된 'Au18(SR)14'라는 사실을 규명했다.

학계의 예측과 달리 '아이오딘계 전해질'이 금 나노클러스터의 화학적 안전성을 저해하지 않으면서 광전환 효율 향상에 중요한 역할을 하고 있다고 연구팀은 덧붙였다. 아이오딘계 전해질은 염료 감응형 태양전지에서 보편적으로 사용되는 전해질이다.

이 같은 연구를 토대로 광전환 효율을 기존보다 2배 가까이 높은 3.8％까지 끌어올릴 수 있었다고 방 교수는 전했다. 광전환 효율이 높으면 에너지 전환 효율도 높아진다.

연구재단 측은 "인류의 미래 에너지난 해결에 공헌하면서 금 나노클러스터를 통한 다양한 분야에 확대 적용할 수 있는 연구"라며 "차세대 태양광 전환 기술로 크게 주목받을 것으로 기대한다"고 부연했다.

미래창조과학부와 한국연구재단의 신진연구자지원사업·선도연구센터지원사업 지원을 받아 진행된 이 연구 성과는 화학 분야 학술지 '미국화학회지' 1월 13일자에 발표됐다.