GIST, 차세대 태양전지 이용 고효율 수소연료 생산기술 개발
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GIST, 차세대 태양전지 이용 고효율 수소연료 생산기술 개발
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  • 승인 2021.03.05 08:00
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페로브스카이트 태양전지에서 생성된 전기를 이용해 수소를 생산하는 그림.
페로브스카이트 태양전지에서 생성된 전기를 이용해 수소를 생산하는 그림.

국내 연구진이 차세대 태양전지로 각광받는 페로브스카이트 태양전지를 이용해 이산화탄소 배출없이 수소를 안정적으로 생산할 수 있는 기술을 개발했다.

광주과학기술원은 이상한·이광희 교수 연구팀이 페로브스카이트 내부결함 제어 및 액체금속 밀봉기술로 효과적이고 안정적인 수소생산이 가능하다는 사실을 확인했다고 5일 밝혔다

그동안 페로브스카이트 태양전지로 수소를 생산하려는 연구가 있었지만 페로브스카이트의 이온결함(결정물질 내부의 이물질)과 수분에 대한 취약성이 걸림돌로 작용했다.
연구팀은 아미노산의 한 종류인 L-프롤린을 첨가제로 사용해 페로브스카이트 자체의 이온결함을 보완했다.

특정한 조건에서 양이온과 음이온을 모두 가질 수 있는 L-프롤린이 페로브스카이트 내부의 양이온 결함 및 음이온 결함을 모두 채움으로써 소자의 효율과 안정성을 향상시킨 것이다. 또한 인듐 갈륨 액체금속과 티타늄 포일로 페로브스카이트를 밀봉함으로써 수분에 대한 취약성도 해결했다.

수분에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 전극과 소자 간 전하이동도 역시 높여 수소생산 효율을 한층 높일 수 있었다.

실제 이렇게 만들어진 소자는 기존 페로브스카이트 광전기화학 소자 대비 2배 이상의 안정성을 가지며 수소생산효율 역시 9.6%로 이는 페로브스카이트 소재를 사용한 광전기화학 소자 중 가장 우수한 성능을 나타냈다.

연구팀은 향후 더욱 안정적인 수소생산을 위한 페로브스카이트 재료연구 및 생산단가를 낮추기 위한 촉매 연구를 추진할 예정이다.

이광희 교수는 “이 기술로 생산된 수소연료는 에너지 문제뿐만 아니라 기후변화 문제를 해결할 실마리가 될 것”이라고 말했다.

과학기술정통부와 한국연구재단의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 재료분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈’ 1월 21일 온라인 게재되었다.


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