고려대 김환규 연구팀, 포피린 기반 염료감응 태양전지 개발

▲ 고려대학교 김환규 신소재화학과 교수.

아주경제 김기완 기자 = 고려대학교 세종캠퍼스 신소재화학과 연구진이 염료감응 태양전지 분야에서 고효율 염료로 각광받고 있는 포피린 염료를 이용, 세계 최고 수준의 광전변환효율을 나타내는 포피린 염료를 개발해 화제를 모으고 있다.

포피린(porphyrin)은 넓게 동식물체에 존재하는 포르핀 유도체로 센서, 생리의학 및 에너지 분야에서 각광받고 있는 소재로, 염료감응 태양전지 분야에서는 최고의 광전변환 효율을 나타내는 것이 바로 이 포피린 염료다.

이 연구는 한국연구재단 '중견 연구자 지원사업'의 일환으로 진행됐으며, 신소재화학과 김환규 교수와 강성호 박사과정 연구팀에서 주도하고 연세대 박종혁 교수팀이 참여했다.

김환규 교수 연구팀은 최고 효율을 나타내는 기존의 포피린 염료를 능가하는 세계 최고 효율의 포피린 염료를 개발하고, 이를 적층형 병렬 태양전지에 적용, 14%의 광전변환효율 태양전지 소자를 구현하는 데 성공한 것이다.

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또, 고전압 적층형 직렬 태양전지를 물분해를 이용해 외부의 인가전압 없이 순수한 염료감응 태양전지만으로 5.4%의 수소변환효율을 달성했다. 이는 단순히 염료감응 태양전지 염료합성 기술을 넘어서 다양한 소자기술을 통해 염료감응 태양전지가 여러 분야에 적용 될 수 있다는 가능성을 보여줌과 동시에 그 효율 또한 세계 최고 수준을 나타내었다는 것이 학계의 평가다.

김환규 연구팀의 포피린 염료는 기존의 낮은 전압을 보이는 포피린 염료를 분자공학을 통한 예측 및 합성으로 개발된 것이다. 이를 통해 세계최고 효율의 적층형 병렬 염료감응 태양전지뿐만 아니라 직렬연결을 통한 고전압 염료감응 태양전지를 이용 외부의 도움 없이 염료감응 태양전지만으로 물분해가 가능하다는 것.

연구결과는 세계 최고 수준의 과학전문지로 화학⋅나노과학⋅에너지 및 재료 분야의 권위 있는 학술지인 'Advanced Energy Materials' 온라인 판에 게재되기도 했다.