첨가제·밀봉 기술로 약점 보완···페로브스카이트 태양전지로 수소 만든다

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 차세대 태양전지 후보인 페로브스카이트 태양전지를 이용해 이산화탄소 배출 없이 수소를 얻는 방법을 선보였다.

한국연구재단은 이상한·이광희 광주과학기술원 교수 연구팀이 페로브스카이트 내부결함 제어와 액체금속 밀봉기술로 수소를 만들 수 있다는 것을 확인했다고 4일 밝혔다.

이상한 교수(왼쪽)와 이광희 교수(오른쪽).(사진=한국연구재단)

기존에도 페로브스카이트 태양전지로 수소를 생산하려는 연구가 있었지만, 페로브스카이트 소재의 이온결함과 수분에 대한 취약성이 걸림돌로 작용했다.

연구팀은 아미노산의 한 종류인 L-프롤린을 첨가제로 사용해 페로브스카이트 자체의 이온결함을 보완했다. 특정 조건에서 양이온과 음이온을 모두 가진 L-프롤린이 페로브스카이트 내부의 양이온 결함과 음이온 결함을 모두 채워 소자의 효율과 안정성을 높였다.

또한 인듐 갈륨 액체금속과 티타늄 포일로 페로브스카이트를 밀봉해 수분에 대한 약점도 해결했다. 수분에 영향을 받지 않고, 전극과 소자 간 전하이동도 높여 수소생산 효율이 향상됐다.

실제 만든 소자는 기존 페로브스카이트 광전기화학 소자 대비 2배 이상의 안정성을 보였고, 수소생산효율은 9.6%로 페로브스카이트 소재를 사용한 광전기화학 소자 중 가장 좋은 성능을 나타냈다.

연구팀은 더 안정적으로 수소를 생산하기 위해 페로브스카이트 재료연구와 생산단가를 낮추기 위한 촉매 연구를 수행할 예정이다.

이광희 교수와 이상한 교수는 “페로브스카이트 태양전지를 광전기화학 분야에 응용할 때 나타나는 문제점을 내·외부적으로 해결했다”며 “페로브스카이트 물질 자체의 결함을 단순한 첨가제를 이용해 제어해 전기를 만들고, 이렇게 만든 전기로 액체금속 물질을 통해 안정적으로 물을 분해해 수소를 생산했다”고 말했다.

연구 결과는 재료분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼(Advanced Functional Materials)’에 1월 21일 온라인 게재됐다.