은나노와 식물의 광흡수체인 엽록소를 결합한 고효율 바이오 태양전지가 개발됐다. 기존 바이오 태양전지보다 성능이 갑절로 뛰어나 바이오 태양전지 상용화의 기술적 토대가 될 것으로 기대된다.
글로벌프런티어사업 하이브리드인터페이스기반미래소재연구단(단장 김광호)과 강정구 KAIST 교수팀은 공동연구를 통해 10나노미터(nm) 크기의 은 입자를 식물에서 추출한 엽록소와 결합해 바이오 태양전지 효율을 약 200% 향상시키는 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.
은 나노입자는 엽록소에서 빠져나가는 파장대의 빛을 흡수해 재사용하고 엽록소를 전극기판 위에 배열할 때 출력 저하도 감소시켜 태양전지 효율을 증가시키는 핵심 역할을 한다.
태양전지는 청정에너지원으로 산업전반에 널리 보급되고 있지만 실리콘계 태양전지는 초기 투자비용이 아주 높아 상용화 걸림돌이 돼 왔다. 때문에 실리콘을 사용하지 않는 태양전지 개발 시도가 활발하며 식물에서 대량 추출이 용이한 엽록소도 대안으로 주목받고 있다. 하지만 기존 무기물질로 구성된 태양전지 구성물과 엽록소를 효과적으로 결합하는 방법이 없어 바이오-태양전지 개발에 어려움을 겪어 왔다.
연구팀은 1% 수준이던 바이오 태양전지 효율을 플라즈몬 효과 및 엽록소와 전자수용체 간 접합관계 향상으로 최대 3% 이상으로 향상시켰다.
연구진은 “향후 카로티노이드, 알칸닌, 베타레인 등 자연계에 풍부하게 분포한 광흡수체를 태양전지 부품으로 효과적으로 사용할 수 있는 해결책을 제시했다”며 “환경문제와 에너지 문제를 동시에 해결할 새로운 원천기술 개발과 상용화에 큰 역할을 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.
연구결과는 에너지 과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스트 에너지머티리얼즈’ 13일자 온라인에 게재됐다.
권건호기자 wingh1@etnews.com
