UNIST, 광합성식 전자 전달 염료 개발…태양전지 60% 효율 향상

인공 광합성, 광촉매 등 다양한 분야 적용 가능

울산과학기술원(UNIST) 권태혁·권오훈 교수 연구팀. 울산과학기술원 제공

식물 광합성 방식처럼 염료가 태양빛을 흡수해 만든 전자를 손실 없이 전극에 전달해 전기를 만드는 새로운 염료분자 디자인 전략이 나왔다. 이 염료를 쓴 염료감응 태양전지는 기존보다 최대 60% 이상 향상된 효율을 보였다.

울산과학기술원(UNIST) 화학과 권태혁·권오훈 교수팀은 기존 염료 분자의 분자구조에 새로운 화학 구조를 추가해 식물광합성의 전자전달 방식을 모방할 수 있는 염료를 개발했다고 27일 밝혔다.

이 염료 분자를 쓴 태양전지는 최대 10.8%의 효율을 기록했으며, 이는 염료 분자 내 상호작용을 조절하지 않는 태양전지 대비 60% 이상 향상된 수치다.

공동 제1저자로 참여한 노덕호 연구원은 “분자 내 서로 다른 상호작용을 형성해 각기 다른 상호작용의 장점을 살리고 단점은 상호 보완함으로써, 식물 광합성에서의 전자전달 방식을 모방할 수 있는 태양전지용 분자를 개발했다”고 말했다.

또 연구팀은 이 염료가 전자를 빠르게 전달하고, 식물 광합성에서 전자를 한 방향으로 전달하는 특성과 유사하다는 점 등을 확인했다.

권태혁 교수는 “식물 광합성을 본떠 빛에 의해 생성된 전자를 효과적으로 사용할 수 있는 분자 디자인을 개발했다는 데 의의가 크다”면서 “이번 연구에서 개발한 분자 설계 전략은 태양전지뿐만 아니라 인공 광합성, 광촉매 분야 등 다양한 곳에 적용 가능해 파급력이 큰 연구”라고 말했다.

이번 연구는 세계적 권위지인 셀(cell)의 자매지 ‘켐(Chem)’에 2월 16일자 온라인에 공개됐다. 연구 수행은 한국연구재단(NRF)이 추진하는 ‘기후변화대응과제’와 울산과학기술원 등의 지원으로 이뤄졌다.

권경훈 기자 werther@hankookilbo.com