금오공대 ‘염료감응형 태양전지’ 개발 성공

금오공과대학교(총장 김영식) 환경공학과 김태오 교수(51, 사진 왼쪽 두 번째) 태양전지연구팀이 새로운 광반응물질을 개발해 이를 염료감응형 태양전지(Dye sensitized solar cell)에 적용, 전기연료를 생산해 내는 연구에 성공했다.

이번 연구 결과는 에너지 및 연료분야의 권위 있는 국제 학술지인 저널 오브 파워소스(Journal of Power Source, 에너지 및 연료분야 상위 6% ; IF 6.217) 온라인판에 12월 30일자로 게재됐다.

염료감응형 태양전지란 염료에 태양광을 조사해 들뜬 상태의 전자가 전지내부를 순환하며 전기를 생산하는 방식이다. 염료감응형 태양전지의 광전극에 금속이 첨가되면 전자의 이동성을 증가시켜 태양전지의 내부저항을 감소시키고, 질소가 첨가되면 자외선 영역에 한정된 반응 영역이 가시광 영역으로 증가할 뿐 아니라 입자의 비표면적이 상승하게 된다. 그동안 질소 및 금속을 이용해 염료감응형 태양전지를 제작한 연구는 다수 있었지만, 합성된 질소와 구리를 이산화 타이타늄(TiO2)에 도핑시키는 방법은 처음 시도된 것으로 이번 연구 발표 당시 상당히 높은 연료 효율(11%)이 달성돼 학계에 놀라움을 안겼다.

또 연구팀에서는 최적의 금속 첨가량을 규명했으며 이번에 개발한 광반응물질은 물리적, 전기적 특성평가로 그 우수성이 확인됐다. 이를 살려 향후 실용화 연구를 지속한다면 염료감응형 태양전지 분야 뿐 아니라 대기환경 및 수질환경 분야에서도 흡착제 및 광촉매로 사용가능할 것으로 기대를 모으고 있다.

김 교수는 환경공학을 전공한 대기환경전문가로, 염료감응형 태양전지분야를 연구한 것은 3년에 불과하지만 다수의 특허와 권위 있는 국제학술지에 게재하는 결실을 맺고 있다. 2015년에는 많은 시행착오 끝에 전기화학분야 상위 14% 국제학술지 Electrochimica acta(IF ; 4.504, 논문명: Zirconium Oxide Post-treatment for TiO2 Photoelectrodes in Dye-Sensitized Solar Cells, 주저자 : 석사과정 김범수, 공동저자 : 박사과정 박준용)와 재료과학분야 상위 12% Journal of Physical Chemistry C(IF: 4.772, 논문명: Effects of Graphene in Dye-Sensitized Solar Cells Based on Nitrogen-Doped TiO2 Composite, 주저자 : 박사과정 박준용, 석사과정 김성범)에 잇따라 게재 하는데 성공했다.

김 교수는 “모든 연구업적은 연구실 석·박사과정 학생의 노력으로 맺은 결실이며, 수도권 대학에 비해 열악한 연구 환경에도 불구하고 새로운 연구에 대한 끊임없는 열정으로 좋은 성과를 내고 있는 연구실 학생들에게 고마움을 전하고 싶다”고 말했다.