식물 광합성 방식 본떠 태양전지 효율 높인다

UNIST 화학과 권태혁·권오훈 교수팀

식물 광합성 단계 전자 전달 방식 모방

태양전지 효율 높일 수 있는 염료 개발

염료 분자 쓴 태양전지, 일반比 60%↑

[서울=뉴시스] 왼쪽 상단부터 시계방향으로 권태혁·권오훈 교수, 한현규 연구원, 김예진 박사, 노덕호 연구원, 박준혁 박사. (사진= UNIST 제공) 2022.02.27

[서울=뉴시스] 백영미 기자 = 국내 연구진이 엽록소가 햇빛을 흡수해 만든 들뜬 전자로 식물의 광합성이 일어나듯, 태양빛을 흡수해 만든 전자를 손실 없이 태양전지의 전극에 전달해 전기를 만들 수 있도록 하는 염료(인공색소)를 개발해냈다.

울산과학기술원(UNIST) 화학과 권태혁·권오훈 교수팀은 식물의 광합성 단계에서 일어나는 전자 전달 방식을 모방해 태양전지의 효율을 높일 수 있는 염료를 개발했다고 27일 밝혔다.

이번에 개발된 염료는 식물의 광합성 과정을 모방해 전자를 빠르게 전달하면서도 음전하(-)인 전자와 양전하(+)인 정공의 결합을 억제해 전자가 손실되는 것을 줄일 수 있다는 게 연구진의 설명이다. 이 염료 분자를 쓴 태양전지는 최대 10.8%의 효율을 보였다. 이는 일반 태양전지 대비 60% 이상 향상된 수치다.

실제로 식물의 광합성 단계에서는 전자 결합이 조절돼 엽록소가 빛을 흡수해 만든 들뜬 전자가 손실되지 않고 방향성 있게 잘 전달된다. 식물 광합성에서 전자를 다음 단계로 전달하는 효율은 거의 100%에 가까운 것으로 알려져 있다.

권태혁 교수는 “이번 연구는 식물의 광합성을 본떠 분자 내 전자결합을 최적화하면 빛에 의해 생성된 전자의 손실을 억제해 태양전지의 효율을 높일 수 있다는 것을 제시했다는 점에서 의의가 크다”며 “태양전지 뿐 아니라 인공 광합성, 광촉매 분야 등 다양한 곳에 적용 가능해 파급력이 큰 연구”라고 설명했다.

이번 연구는 한국연구재단(NRF)이 추진하는 ‘기후변화 대응 과제’와 울산과학기술원 등의 지원으로 이뤄졌다. 일본 신슈(Shinshu)대학교 쇼고 모리(Shogo Mori) 교수팀과 공동으로 진행됐다. 노덕호 UNIST 석박통합과정 대학원생, 박준혁 UNIST 박사, 한현규 UNIST 박사과정 대학원생, 김예진 UNIST 박사가 공동 1저자로 참여했다.

연구 결과는 과학계 3대 저널로 꼽히는 세계적 생명과학분야 학술지 '셀(cell)'의 자매지 ‘켐(Chem)’ 온라인판에 지난 16일 공개됐다.


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