무공해 수소 만드는 기술, 효율 40% 높였다

2016.07.17 18:00
파장에 따라 빛을 선택적으로 반사하거나 투과시킬 수 있는 ‘전도성 분포 브래그 반사기’의 모식도. 이 장치는 광전기화학층(전면)이 흡수할 수 있는 파장 영역의 빛은 반사하고 태양전지(후면)가 흡수할 수 있는 파장 영역의 빛은 투과시켜 광효율을 극대화시킨다. - 네이처 커뮤니케이션스 제공
파장에 따라 빛을 선택적으로 반사하거나 투과시킬 수 있는 ‘전도성 분포 브래그 반사기’의 원리. 이 장치는 광전기화학층(전면)이 흡수할 수 있는 파장 영역의 빛은 반사하고 태양전지(후면)가 흡수할 수 있는 파장 영역의 빛은 투과시켜 광효율을 극대화시킨다. - 네이처 커뮤니케이션스 제공

 

햇빛으로 물을 분해해 수소를 얻는 광전기화학 태양전지는 친환경적인 미래 에너지 기술로 꼽힌다. 국내 연구진이 상용화의 걸림돌이 됐던 태양광에너지의 낮은 수소전환효율을 크게 높여 상용화에 한 걸음 더 다가섰다.

 

박종혁 연세대 화학생명공학부 교수팀은 김종규 포항공대(포스텍) 신소재공학과 교수팀과 공동으로 햇빛을 재활용할 수 있는 핵심 장치를 개발해 광전기화학 태양전지의 수소전환효율을 기존 5%에서 7%까지 높이는 데 성공했다고 17일 밝혔다. 기존 대비 40%까지 끌어올린 셈이다. 이로써 상용화 가능 수소전환효율 목표치(10%)에 더 가까워졌다.

 

광전기화학 태양전지는 물을 분해해 수소를 생산하는 장치료 필요한 전기를 태양으로부터 얻는 자가 발전 수소 생산 시스템이다. 물이 직접 분해되는 광전기화학층이 많은 빛을 흡수해야 효율이 높아지지만 전체 시스템에 전기를 공급하는 다른 태양전지도 빛이 필요하다. 동시에 많은 빛이 필요하기 때문에 전체적인 효율이 떨어지는 모순이 있었다.

 

연구진은 태양광을 파장에 따라 선택적으로 반사하거나 투과시킬 수 있는 장치인 ‘분포 브래그 반사기’를 개발해 이 문제를 해결했다. 파장이 광전기화학층이 흡수할 수 있는 영역에 있는 빛은 광전기화학층 안으로 반사시키고, 그 밖의 영역에 있는 파장의 빛은 투과시켜 태양전지에 흡수되도록 만든 것이다.

 

박 교수는 “태양광을 효율적으로 활용할 수 있도록 한 이번 연구 성과를 연료전지 등 다른 에너지 생산 기술에 접목한다면 미래 에너지 문제를 획기적으로 해결할 수 있는 한 방편이 될 것”이라고 밝혔다.

 

이번 연구 결과는 과학저널 ‘네이처’ 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 6월 21일자에 게재됐다.

 

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