수소 생산 효율성 높인다

'강유전체' 활용, 태양전지 등에 적용

한국연구재단은 광주과학기술원 이상한 교수·서울대 장호원 교수 연구팀이 강유전체를 광전극으로 사용해 수소 생산의 효율성을 높일 수 있는 기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

강유전체는 외부에서 전압을 가하지 않아도 스스로 분극 상태를 유지할 수 있는 물질이다.

빛을 받으면 전자-정공을 효율적으로 분리해 광 변환 효율을 높일 수 있기 때문에 차세대 태양전지 소재로 주목받고 있다.

연구팀은 강유전체의 분극 값이 클수록 광전류 밀도가 높아진다는 사실을 처음으로 밝혔다.

강유전체의 자발 분극 값과 광 변환 효율 사이의 상관관계를 규명한 것은 이번이 처음이다.

수직 결정 방향에서는 65 마이크로 클롱(μC/cm2), 대각선 결정 방향에서는 110 마이크로 클롱(μC/cm2)이 나타났다.

이 같은 자발 분극 차이로 인해 같은 비스무스 페라이트 물질이라도 결정 방향에 따라 광전류 밀도가 5배 이상 커지는 것으로 나타났다.

비스무스 페라이트의 결정 방향에 따라 달라지는 광 전류 밀도 ⓒ 연구재단

비스무스 페라이트의 결정 방향에 따라 달라지는 광 전류 밀도 ⓒ 연구재단

광전류 밀도가 높아지면 태양에서 받은 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 효율이 커지며, 전기에너지를 이용해 물로부터 수소를 얻을 수 있다.

앞으로 수소 생산뿐만 아니라 태양전지 등 에너지 생산 기술 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 교육부·한국연구재단 이공학개인기초연구지원사업의 지원을 받았다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘나노 리서치'(Nano Research) 지난 9일 자에 실렸다.

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