국내 연구팀이 은 나노입자와 엽록소를 결합하여 기존보다 약 200% 향상된 성능을 보이는 “고효율 바이오-태양전지”를 개발하였다.

이번 연구를 통해 지구상에 무한히 존재하는 식물의 엽록소를 이용하여 저렴한 가격으로 친환경적인 전력 생산이 가능한 태양전지를 상용화 할 수 있는 기술적 토대를 마련하였다.

이번 연구는 미래창조과학부에서 추진하고 있는 글로벌프런티어사업의 하이브리드인터페이스기반미래소재연구단(단장 김광호)과 강정구 교수팀(한국과학기술원)이 공동협력연구를 통해 수행되었으며, 이번 연구결과는 에너지 과학분야의 세계적인 학술지인 어드밴스드 에너지 메터리얼즈(Advanced Energy Materials)에 8월 13일에 온라인 게재되었다.

현재 무한한 청청에너지원으로써 태양전지가 산업전반에 널리 보급되고 있는 추세이며, 그 중 실리콘 태양전지가 가장 보편적으로 사용되고 있다. 하지만 실리콘계 태양전지는 초기 투자비용이 아주 높아 상용화의 큰 진입장벽이 있다. 이로 인해 실리콘을 사용하지 않는 태양전지를 개발하려는 시도가 계속 되어 왔다.

엽록소는 식물이나 녹조류 등에서 대량추출이 용이하며, 가시광선 영역의 흡수특성이 좋아서 지표면에 입사되는 태양에너지를 효율적으로 활용할 수 있다. 이와 같은 특성으로 엽록소를 태양전지의 광흡수체로 사용할 경우, 태양전지의 단가를 획기적으로 낮출 수 있는 해결책이 될 수 있다.

하지만 기존의 무기물질로 구성된 태양전지 구성물과 자연생물체인 엽록소를 효과적으로 결합하는 방법이 제시되지 못하여 바이오-태양전지 개발에 어려움을 겪어 왔다.

연구팀은 10나노미터(nm) 크기의 미세한 은 입자를 식물에서 추출한 엽록소와 결합하여 기존보다 약 200% 향상된 고효율의 바이오-태양전지 제작에 성공하였다. 은 나노입자는 엽록소에서 빠져나가는 파장대의 빛을 흡수하여 재사용할 뿐만 아니라, 엽록소를 전극기판 위에 배열할 때 출력저하도 감소시켜 태양전지의 효율을 증가시키는데 핵심적인 역할을 하였다.

연구진은 “이번 연구는 향후 카로티노이드, 알칸닌, 베타레인 등의 자연계에 풍부하게 분포되어 있는 다양한 광흡수체를 태양전지의 부품으로서 효과적으로 사용할 수 있는 해결책을 제시하였으며, 환경문제와 에너지 문제를 동시에 해결할 수 있는 새로운 원천기술 개발과 상용화에 큰 역할을 할 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.