울산과학기술원(UNIST)은 광전극에 유기 반도체를 코팅해 태양광 수소 생산 효율을 높이는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

 

UNIST에 따르면 에너지화학공학과 장지현 교수팀은 독일 FAU 에를랑겐 유체역학 연구소 부산지사(LSTME Busan) 안효진 박사팀, 동서대 이정훈 교수팀과 공동연구를 통해 기존 무기 반도체를 기반으로 한 광전극 중간층으로 유기 반도체를 도입, 성능과 안정성을 높였다.

 

태양광을 활용한 그린수소 생산 시스템은 태양 에너지를 흡수한 반도체에 생성되는 전하로 물을 분해해 수소를 생산하는 방식이다.

 

지금까지 이 시스템은 주로 무기 반도체 광전극을 통해 연구됐다.

 

유기 반도체는 무기 반도체 소재와 비교해 저렴하고 다양한 공정법이 가능해 대규모·대면적 생산이 쉽고, 수소 생산 효율도 높은 장점이 있다.

 

그러나 물속에서 쉽게 손상된다는 문제점이 있어 광전극에 활용되는 데 한계가 있었다.

 

이에 공동연구팀은 유기 반도체를 물속에서 안정적으로 사용하고자 기존 산화철 광전극 표면에 코팅했다.

 

코팅된 유기 반도체 표면에는 다시 촉매(니켈·철 이중 층 수산화물)를 코팅해 유기 반도체가 물과 직접 접촉하는 것을 방지했다.

 

연구팀이 이 같은 방법으로 개발한 광전극은 기존 수소 생산 시스템 대비 2배 효율을 보였다.

 

또 이중 코팅으로 유기 반도체가 물과 접촉하는 것을 막아 높은 안정성을 확보했다고 연구팀은 설명했다.

 

장지현 교수는 "유기 반도체를 보다 더 적극적으로 수소 생산을 위한 광전극에 적용할 수 있는 가능성을 확인했다"며 "기존 무기 반도체 위주의 광전극이 보인 한계를 극복해 태양광 그린수소 생산 기술의 상용화를 앞당기는 데 크게 기여할 것"이라고 말했다.

 

연구는 미국화학회(ACS)에서 발행하는 에너지 분야 학술지 'ACS 에너지 레터스'(ACS Energy Letters) 5월 12일 자에 온라인으로 공개됐으며, 추가 표지 논문으로 선정돼 이달 9일 출판됐다.

 

연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업과 온사이트 수소충전소를 위한 광전기화학 수소생산기술 및 시스템 개발 사업의 지원을 받아 이뤄졌다.