나트륨 이온이 금나노클러스터 태양전지의 광전환 효율 높이는 비법

국내 연구진이 소금성분으로 태양전지 효율을 높일 수 있는 방법을 찾아냈다.

한양대 바이오나노학과 연구팀은 소금 속 나트륨(Na) 이온이 금 나노클러스터 태양전지 효율에 영향을 미친다고 7일 밝혔다. 이번 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘ACS 에너지 레터스’ 8일자 표지논문으로 실렸다.

금이나 은 같은 귀금속이 눈에 보일 정도로 모인 상태는 반응성이 낮지만 원자 크기 금 수십개가 모인 금 나노클러스터는 일반적인 금과는 전혀 다른 성격을 갖게 되면서 원자 단위로 제어가 가능하고 활성을 띨 수 있어 화학반응 촉매나 플랫폼으로 활용할 수 있게 된다. 특히 금 원자 22개가 14면체 구조로 모인 금 나노클러스터는 독특한 구조를 갖게 돼 빛을 잘 흡수할 수 있게 된다.

현재 사용되는 실리콘이나 페로브스카이트 태양전지에 이용되는 중금속 광흡수체보다 금 나노클러스터는 친환경적이어서 차세대 태양전지 소재로 꼽힌다. 문제는 빛을 전기로 변환하는 광전환 효율이 실리콘 태양전지 5분의 1 수준에 불과하다는 것이다.이에 연구팀은 전극제조 과정에 소금 속 나트륨 이온이 금 나노클러스터와 전극의 흡착을 돕는다는 것을 알아냈다. 빛을 흡수한 금 나노클러스터에서 전자가 만들어지면 접합된 반도체 산화물 전극으로 이동한 뒤 전자가 백금 상대 전극으로 수송되면서 전기가 만들어진다. 이 때 나트륨 이온이 광흡수체와 산화물 전극간 흡착을 강하게 만들어 광전환 효율을 높여 실리콘 태양전지와 비슷하게 될 것으로 기대되고 있다.

방진효 교수는 “중금속이 아닌 금 나노클러스터를 광흡수체로 이용함으로써 무독성 친환경 태양전지를 개발할 수 있게 될 것”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr