KAIST 기계공학과 고승환·성형진 교수팀은 숲을 모방한 산화아연 기능성 나노구조체를 만드는 기술을 개발하고 이 기술을 염료감응형 태양전지에 적용했다고 31일 밝혔다.
염료감응형 태양전지(DSSC)는 주로 산화티타늄(TiO2) 나노입자로 이루어진 무질서한 다공성 구조체를 전극 재료로 이용한다. 그러나 이 전극에서 생성된 전자가 다공성 구조체를 지나면서 생기는 정공-전자의 재결합으로 인해 에너지 손실이 크게 나타나는 어려움이 있었다.
연구팀은 자연계에서 무성한 나뭇가지로 나뭇잎이 햇빛을 효과적으로 흡수할 수 있도록 한 구조에 착안, 산화아연 나노와이어로 합성된 ‘나노 나무’와 이 집합체인 ‘나노 숲’을 구현했다. 이를 통해 광반응으로 생성된 전자의 손실을 크게 줄여 염료감응형 태양전지의 효율을 기존보다 3~5배 향상시킨 것.
이 구조는 염료감응형 태양전지에서 산화티타늄 나노다공성 구조체의 효율을 뛰어넘을 수 있다는 가능성도 세계 최초로 제시했다.
고승환 교수는 “염료만 바꾸면 산화티타늄계의 염료감응형 태양전지가 세계최대로 구현한 에너지 효율 10%를 충분히 뛰어 넘을 것으로 예상한다”며 “현재 이를 실현하기 위한 튜닝 작업이 진행 중”이라고 말했다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단의 창의적 연구 진흥사업과 신진연구사업 지원을 받아 수행됐으며, 나노과학의 세계적 학술지인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’지 1월호 온라인 판에 게재됐다.
대전=박희범기자 hbpark@etnews.co.kr
