▲ 기계화학적 공정에 의한 셀레늄이 도입된 그래핀 제조 모식도.

국내연구진이 식물이 광합성을 하듯 태양빛으로 전기를 생산하는 염료감응 태양전지의 전극용 물질을 개발해 상용화가 앞당겨질 전망이다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 지난 18일 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구)의 지원을 받은 울산과기원 백종범 교수팀이 셀레늄(Se)을 그래핀에 세계 최초로 도입, 차세대 태양전지 중 하나인 염료감응 태양전지용 상대전극 재료를 개발했다고 밝혔다.

대체 에너지원으로 염료감응 태양전지에 관한 관심이 크지만 고가의 백금촉매를 대신할 물질이 없어 상용화가 늦어지고 있었다.

각국의 연구진들은 백금촉매의 가격과 안전성을 상용화 수준으로 대체할 연구중 탄소물질의 뛰어난 안전성을 기반으로 하는 이종원소가 도입된 탄소물질이 주목 받고 있었으며 특히 뛰어난 물리적, 전기적, 화학적 성질을 지닌 그래핀이 주목을 받고 있었다.

하지만 기존의 그래핀 제조방법으로는 이종원소 도입에 어려움과 그래핀의 특성을 희생한다는 단점이 있었다.

이에 백종범 교수팀은 이종원소중 하나인 셀레늄을 그래핀에 도입, 그래핀 가장자리에 셀레늄을 선택적으로 도입해 그래핀의 결정성을 손상시키지 않고 우수한 전기적 특성을 유지한 상태로 전기화학적 촉매특성을 극대화 할 수 있었다.

연구진은 셀레늄이 도입된 그래핀은 염료감응 태양전지용 전해질인 코발트 및 요오드 환원용 촉매로 특성을 평가하였을 때, 우수한 전기화학적 특성과 1,000번을 사용한 후에도 최초의 전기화학적 특성을 그대로 유지할 정도의 안정성을 보였으며, 두 전해질 모두에서 백금을 능가하는 전지효율을 보여주었다고 밝혔다.

백종범 교수는 “염료감응 태양전지의 상용화를 가로막던 원인 중 하나가 비싼 백금 촉매를 대체할 수 있는 새로운 소재개발이 늦어진 것”이라며 “셀레늄이 도입된 그래핀이 백금 전극을 대체하게 되면 염료감응 태양전지 상용화에도 기여할 것”이라고 연구의 의의를 밝혔다.

한편, 본 연구결과는 세계적 자연과학분야 권위지인 사이언스 어드밴시스 (Science Advances) 6월 17일자 온라인판에 게재됐다.