나트륨 이온에 의한 금 나노클러스터 감응형 태양전지의 광전환 효율과 전류 전압 이력현상 변화 모식도.[한양대 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 차세대 금 나노클러스터 감응형 태양전지의 효율을 높일 비법재료가 국내 연구진에 의해 밝혀졌다.

한국연구재단은 한양대학교 바이오나노학과 방진호 교수 연구팀이 전극제조 과정에 쓰이는 소금 속 나트륨 이온이 금 나노클러스터 태양전지의 효율에 영향을 미치는 요인이라는 사실을 규명했다고 7일 밝혔다.

금 원자 수 십 개가 모인 금 나노클러스터는 원자단위로 제어할 수 있고 활성을 띨 수 있어 화학반응의 촉매나 플랫폼 등으로 이용된다.

특히 금 원자 22개가 육팔면체 구조로 모인 금 나노클러스터는 기존 나노클러스터와는 차별화되는 독특한 코어쉘 구조 때문에 빛을 잘 흡수할 수 있다.

때문에 실리콘이나 페로브스카이트 태양전지에 사용되는 중금속 광흡수체에 비해 친환경적인 광흡수체인 금 나노클러스터는 차세대 태양전지 소재 가운데 하나로 꼽힌다.

하지만 빛을 전기로 변환하는 광전환 효율이 기존 실리콘 태양전지 보다 5배 이상 낮아, 광전환 효율과 안정성 향상을 위한 다양한 연구가 이뤄져 왔다.

이런 가운데 연구팀은 전극제조 과정에 쓰이는 나트륨 이온이 금 나노클러스터와 전극과의 흡착을 돕는 요인임을 알아냈다.

빛을 흡수한 금 나노클러스터에서 전자가 생성되면 접합돼 있는 반도체 산화물 전극으로 이동한 후 전자가 백금 상대 전극으로 수송되면서 전기가 생성된다.

이 때 나트륨 이온이 광흡수체와 산화물 전극간 흡착을 강하게 함으로써 생성된 전자의 분리와 원활한 수송을 촉진, 광전환 효율을 높이는 열쇠라는 것을 알아냈다.

중금속이 아닌 금 나노클러스터를 광흡수체로 이용하는 것은 웨어러블 디바이스나 실내용 디바이스의 전원공급에 보다 유리할 수 있어 금 나노클러스터 태양전지 효율 향상의 실마리를 제공한 이번 연구성과가 특히 주목받는다.

이번 연구성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘에이씨에스 에너지 레터스’ 5월 8일 표지논문으로 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com