페로브스카이트 소재 이용 '태양광 물 분해' 세계 최초 성공

 

 

 

- 우리대학 오일환 교수팀, 재료과학 분야 세계적 권위지 논문 게재

 

- 태양광 물 분해 기술의 경제성, 안정성 높여

 

 

 

우리대학교(총장 김영식) 응용화학과 오일환 교수(42·사진) 연구팀이 세계 최초로 태양광 에너지를 이용한 물 분해 연구*에 성공했다.

 

오일환 교수 연구팀은 태양광 수소를 생산하는 과정에서 페로브스카이트 소재를 이용해 태양광 물 분해에 성공했으며, 연구 결과(논문명: 유기 금속 할라이드 광전극을 이용한 통합 태양광 물분해; Integrated Photoelectrolysis of Water Implemented on Organic Metal Halide Perovskite Photoelectrode)는 재료과학 권위지인 에이시에스 어플라이드 머터리얼즈&인터페이시즈(ACS Applied Materials & Interfaces*) 온라인판에 지난 7일자로 게재됐다. 연구팀은 미래창조과학부와 한국연구재단의 한·스웨덴 국제공동연구 사업을 통해 이 연구를 수행했고 스웨덴 왕립공과대학 제임스 가드너 교수와 공동연구를 진행해 왔다.

 

오 교수는 “저가의 페로브스카이트 반도체를 사용해도 고가 반도체와 유사한 수소생산 성능을 보여주는 것을 확인했다.”며“연구를 통해 제조공정이 비싸고 효율이 낮은 태양광 물 분해 기술의 경제성을 높이는 데 기여할 전망”이라고 밝혔다. 또 “물과 햇빛만을 이용한 청정에너지로 태양광 수소생산 기술이 주목 받고 있다.”며“향후 후속 연구를 통해 수소 생산 효율을 최적화 할 수 있도록 노력하겠다.”고 덧붙였다.

 

한편, 최근 태양 에너지 연구 분야는 유기 금속 할라이드(organic metal halide) 페로브스카이트* 소재에 큰 관심을 보이고 있는데, 이 물질은 값싼 용액공정을 통해서 제조될 수 있음에도 우수한 성능을 보여 기존 실리콘과 경쟁할 수 있는 신소재로 여겨지고 있다. 그러나 대부분 고체 태양전지에 국한되어 연구되고 있어, 오 교수가 연구한 태양광을 이용한 물 분해 연구는 획기적으로 볼 수 있다.

 

 

※ 용어설명

- 태양광 물분해(solar water splitting)

   : 태양에너지를 이용하여 물을 분해하여 에너지원인 수소를 만드는 기술. 태양에너지를 에너지원으로 사용하고 물을 반응물로 사용하므로 청정하면서도 지속가능한 에너지원으로 주목 받고 있음.

 

- ACS Applied Materiala & Interfaces  誌

  : 미국화학회(American Chemical Society)에서 출간하는 재료과학 분야 최상위급 국제학술지(피인용지수: 6.723, 재료과학 분야 상위 10%, 2014년 기준)

 

- 유기 금속 할라이드 페로브스카이트(organic metal halide perovskite)

 : 최근 전세계적으로 주목받고 있는 로 유기 성분과 무기 성분의 조합으로 이루어진 새로운 반도체 소재. 가장 널리 사용되는 조성은 H3NH3PbI3    무기 성분의 로 유기 작용기와 무기 작용기의 하이브리드(hybrid)된 페롭스카이트 결정구조를 갖고 있음.

 

 

[연구설명]

 

 

설명 : 페로브 스카이트 광전극을 이용한 태양광 물분해의 모식도 (A)와 페로브스카이트 광전극의 단면 구조를 전자 현미경을 통해 관찰한 이미지(B)

 

 

 

 

 

설명 : 페로브스카이트 광전극을 이용한 태양광 물분해의 전류-전압 측정결과(A)와 페로브스카이트 광전극의 표면으로부터 물분해 반응이 진행되어 기포가 발생하는 사진(B)

 

 

 

 

 

설명: 페로브스카이트 광전극을 용매로부터 보호하기 위해 도입한 탄소나노튜브/고분자 복합층의 단면에 대한 전자현미경 사진(A) 및 탄소나노튜브/고분자 복합층을 도입하여 광전극의 안정성이 향상된다는 측정 결과(B)