GIST, 현존 최고효율·안정성 페로브스카이트 광전극 개발
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GIST, 현존 최고효율·안정성 페로브스카이트 광전극 개발
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  • 승인 2021.10.14 08:00
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펄스드 레이저 증착법을 사용해 보호층인 티타늄 포일 위에 증착된 이황화몰리브덴과 결합된 페로브스카이트 광음극의 모식도.
펄스드 레이저 증착법을 사용해 보호층인 티타늄 포일 위에 증착된 이황화몰리브덴과 결합된 페로브스카이트 광음극의 모식도.

광주과학기술원(GIST·총장 김기선)은 이광희·이상한 신소재공학부 교수팀이 값비싼 백금 촉매 대신 저렴한 이황화몰리브덴 촉매를 사용해 현재까지 보고된 페로브스카이트 기반 광전극 가운데 가장 높은 효율과 안정성을 보이는 광전극을 개발했다고 14일 밝혔다.

연구팀은 유기금속 할라이드 페로브스카이트 태양전지에 저렴한 나노구조 이황화몰리브덴 촉매를 결합해 값비싼 백금 없이도 효율적인 수소 생산기술에 성공했다.

연구팀은 물리적 증착 방법인 펄스드 레이저 증착법을 이용해 백금 대체 수소 생성 반응용 촉매 가운데 하나인 이황화몰리브덴을 페로브스카이트 보호층(티타늄 포일) 위에 제작했으며 증착 조건 하나인 펄스 수를 조절해 이황화몰리브덴 나노구조를 제어하는 데 성공했다. 나노구조화된 이황화몰리브덴은 평면 구조 보다 더 높은 효율의 수소 생성반응을 보였다.

이어 이황화몰리브덴을 증착한 티타늄 포일을 액체금속인 인듐-갈륨 합금으로 밀봉해 수분이 페로브스카이트 물질에 침투하는 것을 방지함으로써 높은 안정성을 보장했다.

새로 개발한 페로브스카이트 광전극은 이황화몰리브덴의 높은 안정성과 효율 덕분에 기존 백금 촉매의 쉬운 박리현상으로 인한 광전극의 빠른 초기 성능 저하를 방지했다. 이는 현재까지 보고된 페로브스카이트 광전극 가운데 최장의 안정성인 120시간과 최고 효율인 11.07%의 반쪽전지효율을 기록했다.

이상한 교수는 “값비싼 백금 촉매 없이도 고효율·고안정성 페로브스카이트 기반 광전극 제작이 가능함을 제시했다는데 의미가 있다”면서 “향후 친환경 수소생산 기술의 실용화를 앞당기는데 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.

두 교수가 주도하고 최호중 박사과정생 및 서세훈 박사가 참여한 이번 연구는 한국연구재단이 지원하는 미래수소 원천기술개발 사업, 중견연구자 사업, 글로벌연구실사업 등의 지원을 받아 이뤄졌다. 에너지분야 상위 7% 논문인 ‘저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 에이’에 최근 표지 논문으로 선정돼 온라인으로 게재됐다.


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