유기반도체 광전극 개발.. 태양광수소 시대 앞당겨

유기물 전극의 불안정성 대폭 개선
무기 광전극보다 효율적이고 안정적

장지욱 교수(왼쪽 위부터 시계방향), 양창덕 교수, 김윤서 연구원(제1저자), 유제민 연구원(제1저자)

[아시아경제 황준호 기자] 유기 반도체를 통해 햇볕으로 수소를 생산할 수 있는 기술이 개발됐다. 기존 수소 생산법처럼 온실가스를 배출하지 않아 친환경적이며, 무기반도체 기반 생산법보다 효율이 높고, 저렴한 비용으로 대면적화 할 수 있어, 태양광을 활용한 수소 생산 시대를 여는데 기여할 기술이 될 것으로 예상된다.

울산과학기술원은 장지욱, 양창덕, 조승호 교수의 연구팀이 유기 반도체 물질을 물로부터 효과적으로 보호하는 모듈시스템을 이용해 성능과 안정성이 모두 우수한 광전극을 9일 개발했다. 관련 연구 성과는 네이처 커뮤니케이션즈에 지난 2일 실렸다.

유기 반도체로 광전극 구성.. 무기 반도체보다 2배 효율

유기반도체를 이용한 광전극 및 태양광 수소생산 모식도

광전극은 반도체 물질로 이뤄진 전극으로, 태양광 에너지를 흡수해 전하 입자를 만든다. 이 전하 입자는 전극 표면에서 물과 반응해 수소와 산소를 생산한다. 연구팀은 액체금속(인듐-칼륨 합금), 니켈포일, 니켈 포일위에서 바로 자란 촉매(니켈-철 이중층 수산화물)로 구성된 모듈시스템을 이용해 물속에 안정한 유기 반도체 광전극을 만들었다.

니켈포일은 물이 유기반도체와 직접적으로 접촉하는 것을 막는다. 포일 위에 바로 성장시킨 촉매는 전체 반응을 돕는다. 니켈포일과 유기반도체 사이의 액체 금속은 물을 차단하면서 전자의 흐름을 원활하게 한다.

연구팀은 "이 광전극의 수소 생산 효율(반쪽 전지 효율)이 기존 무기 반도체 광전극의 2배 이상인 4.33%를 기록했다"며 "저렴한 비용으로 대면적 제조가 가능하다는 점도 장점"이라고 밝혔다.

태양광 수소 전환 기술의 상용화 앞당길 것

울산과학기술원

장지욱 에너지화학공학과 교수는 "높은 효율을 갖는 유기물을 광전극에 적용할 수 있다는 가능성을 보인 연구"라며 "기존 효율 측면에서 한계가 있었던 태양광 수소 전환 기술의 상용화를 앞당길 수 있을 것"이라고 기대했다.

양창덕 에너지화학공학부 교수는 "유기 반도체는 무기 반도체와 달리 무궁무진한 조합을 만들 수 있어 효율이 더 높은 새로운 유기 반도체 물질을 계속 발굴 할 수 있다"며 "이 때문에 추가적 성능 향상이 기대된다"고 전했다.

조승호 신소재공학과 교수는 "이번에 개발된 시스템은 하나의 모듈로써 니켈 포일위에 자란 촉매나 유기 반도체의 종류를 바꿔 쓸 수 있는 것이 장점"이라며 "현재 전하 이동을 돕는 새로운 촉매에 대한 연구를 계속 해나가고 있다"고 설명했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr