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페로브스카이트 이용한 물분해 가능해졌다

고온 공정 통한 단결정 실리콘 대체기술 개발

페로브스카이트 이용한 물분해 가능해졌다


[산업일보]
전세계적인 화석연료 사용으로 인한 이산화탄소 배출로 기후변화 및 지구온난화가 발생함. 지구온난화에 대처하기 위해 기존 화석연료를 대체할 수 있는 신재생 에너지 기술에 대한 수요가 급증하고 있다.

태양광 수소생산 기술은 물과 햇빛만을 이용한 청정에너지로서, 에너지를 저장할 수 없는 태양광, 풍력 등을 보조할 수 있는 기술로 떠오름. 지난 10여년간 전세계적으로 태양광 물분해 연구들이 진행됐으나, 아직까지 경제성, 안정성 등을 답보하지 못한 것이 사실이다.

최근 세계 태양에너지 연구계는 페로브스카이트 (perovskite) 소재에 큰 관심을 보임. 페로브스카이트 물질은 값싼 용액공정을 통해서도 제조됨에도 불구하고 태양전지 소재로서 우수한 성능을 보여 기존 실리콘과 경쟁할 수 있는 신소재로 여겨진다. 하지만, 유기 금속 할라이드 페로브스카이트 소재에 대한 연구는 대부분 고체 태양전지에 국한돼 있고, 태양광 물분해에 응용된 연구는 거의 보고되지 않고 있다.

본 연구에서는 최근 각광받고 있는 페롭스카이트 반도체를 활용한 통합 태양광 물분해를 최초로 보고했다.

페로브스카이트 층 상부에 탄소나노튜브/고분자 복합층을 도입해 바늘구멍 (pinhole)이 최소화된 보호막을 도입함으로써 광전극의 안정성을 획기적으로 증가시켜서 태양광 물분해 기술의 경제성을 높였다.

이번 연구에서 페로브스카이트 소재를 활용해 제작된 광전극은 실리콘 등 기존 고가의 반도체 물질과 유사한 수준의 광전압 및 광전류 등 수소 에너지 변환 성능을 보였다.

유기 금속 할라이드 페로브스카이트 소재는 수분에 의해 쉽게 분해된다는 것이 알려져 있고, 광전극에 사용시 상부층의 바늘구멍 (pinhole)을 통해 용매가 유입되어 하부 페로브스카이트 층이 분해됨을 관찰했다.

페로브스카이트 층 상부에 탄소나노튜브/고분자 복합층을 도입하여 바늘구멍 (pinhole)이 최소화된 보호막을 도입함으로써 광전극의 안정성을 획기적으로 증가시켰다.

본 연구는 유기 금속 할라이드 페로브스카이트 소재를 태양광 물분해에 사용 가능함을 보인 개념 증명의 연구로서, 관련된 후속 연구가 활발히 진행되리라 예상된다.

추가적으로 안정성을 높이기 위해, 이번 연구에서 사용된 양극구조 대신 음극구조를 도입한 광전극에 대한 연구가 가능해졌다.

또한, 이번 연구 결과는 유기 금속 할라이트 소재 고체 태양전지의 안정성 향상에도 기여하리라 기대된다.
김진성 기자 weekendk@kidd.co.kr

안녕하세요~산업1부 김진성 기자입니다. 스마트공장을 포함한 우리나라 제조업 혁신 3.0을 관심깊게 살펴보고 있으며, 그 외 각종 기계분야와 전시회 산업 등에도 한 번씩 곁눈질하고 있습니다.

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