금오공과대학교(총장 김영식) 환경공학과 김태오 교수와 태양전지연구팀이 새로운 광반응물질을 개발하고 이를 염료감응형 태양전지(Dye sensitized solar cell)에 적용, 전기연료를 생산해 내는 연구에 성공했다.
이번 연구 결과는 에너지 및 연료분야의 권위 있는 국제 학술지인 저널 오브 파워소스(Journal of Power Source, 에너지 및 연료분야 상위 6% ; IF 6.217) 온라인판 30일자에 게재된 것으로 파악됐다.(주 저자는 박사과정 박준용 학생, 교신저자는 김태오 교수)
논문명은 구리와 질소가 첨가된 이산화티타늄 광전극을 이용한 고효율의 염료감응형 태양전지 제조(Copper and Nitrogen Doping on TiO2 Photoelectrodes and Their Functions in Dye-Sensitized Solar Cells, DOI information: 10.1016/j.jpowsour.2015.12.087)이다.
염료감응형 태양전지란 염료에 태양광을 조사해 들뜬 상태의 전자가 전지내부를 순환하며 전기를 생산하는 방식이다. 염료감응형 태양전지의 광전극에 금속이 첨가되면 전자의 이동성을 증가시켜 태양전지의 내부저항을 감소시키고, 질소가 첨가되면 자외선 영역에 한정된 반응 영역이 가시광 영역으로 증가할 뿐 아니라 입자의 비표면적이 상승하게 된다.
그동안 질소 및 금속을 이용해 염료감응형 태양전지를 제작한 연구는 다수 있었다. 하지만 합성된 질소와 구리를 이산화 타이타늄(TiO2)에 도핑시키는 방식은 처음 시도된 것으로 이번 연구 발표 당시 상당히 높은 연료 효율(11%)이 달성되는 것으로 나타났다.
또한 연구팀은 최적의 금속 첨가량을 규명하고, 이번에 개발한 광반응물질은 물리적, 전기적 특성평가로 그 우수성을 확인했다. 향후 지속적인 실용화 연구를 통한 염료감응형 태양전지 분야 뿐 아니라 대기환경 및 수질환경 분야에서도 흡착제 및 광촉매로 사용가능할 것으로 전망된다.
김 교수는 “모든 연구업적은 연구실 석·박사과정 학생의 노력으로 맺은 결실이다. 수도권 대학에 비해 열악한 연구 환경에도 불구하고 새로운 연구에 대한 끊임없는 열정으로 좋은 성과를 내고 있는 연구실 학생들에게 고마움을 전하고 싶다.”고 말했다.
한편 김 교수는 환경공학을 전공한 대기환경전문가로, 염료감응형 태양전지분야는 불과 3년 전부터 연구를 시작해 다수의 특허와 권위 있는 국제학술지에 게재하는 결실을 맺고 있다. 2015년에는 많은 시행착오 끝에 전기화학분야 상위 14% 국제학술지 Electrochimica acta(IF ; 4.504, 논문명: Zirconium Oxide Post-treatment for TiO2 Photoelectrodes in Dye-Sensitized Solar Cells, 주저자 : 석사과정 김범수, 공동저자 : 박사과정 박준용)와 재료과학분야 상위 12% Journal of Physical Chemistry C(IF: 4.772, 논문명: Effects of Graphene in Dye-Sensitized Solar Cells Based on Nitrogen-Doped TiO2 Composite, 주저자 : 박사과정 박준용, 석사과정 김성범)에 잇따라 게재 하는데 성공했다.
