방진호 교수(화학분자공학과)
방진호 ERICA캠퍼스 과학기술융합대학 화학분자공학과 교수가 은 나노입자를 통해 태양전지를 구동하는 법을 발견했다. 방 교수는 지난 2016년도에 금 나노입자를 태양전지에 적용한 바 있다. 하지만 은은 금보다 불안정하고 전자 수명(excited state lifetime)이 짧기 때문에 태양전지 구동이 어렵다. 방 교수는 어떻게 은으로 태양전지를 구현할 수 있었을까?
방 교수는 “불안정한 은 나노입자를 보호하면 된다”며 간단한 해결법을 내놓았다. “pH(용액 농도)를 조절해서 리간드(ligand)를 은 나노입자 주위에 둘러싸도록 합니다. 그러면 보호막이 형성돼 은 나노입자의 안정성을 높일 수 있죠.”
▲은 나노입자의 구현 모식도 및 성능 비교 그림이다. (한국연구재단 제공)
방 교수의 이번 연구는 광전환 효율(태양에너지를 전기 에너지로 바꾸는 효율)이 낮아 실험 소재로 잘 사용되지 않는 은을 사용했다는 데에 의의가 있다. “새로운 소재를 이용한 연구는 항상 필요합니다. 효율이 낮더라도 다양한 소재로 연구하다 보면 실험의 발전 가능성이 커지기 때문이죠.” 그동안 은 나노입자를 이용한 연구사례는 거의 없었다. “작동원리, 기본 시스템조차 잘 알려져 있지 않아서 기초 연구도 진행해야 했습니다.” 이로 인해 방 교수 연구팀은 은 나노입자 연구의 선두주자 격이 됐다. 위 연구 성과를 담은 논문은 지난 4월 3일, 미국화학회가 발행하는 재료 분야 국제 학술지 ACS 어플라이드 머터리얼즈 앤 인터페이스(ACS Applied Materials&Interfaces) 표지에 게재됐다.
연구는 아직 진행 중이다. “기존 태양전지 소재에는 독성이 많습니다. 실내조명으로 쓰인다면 몸에 매우 해롭죠.” 금이나 은은 장신구로도 쓰일 만큼 인체에 무해하지만 효율이 낮고 고가다. 방 교수는 “연구를 통해 효율을 더 높이고 양을 조절해서 가격을 낮추는 방법이 있다”고 설명했다. 그는 연구 성과가 상용화 단계로 이어지길 바란다고 전했다. “대학 연구가 상용화 단계까지 가는 사례는 드물어요. 힘든 과정이지만 인체에 무해하고 유익한 기술이니 널리 쓰일 수 있도록 노력하겠습니다.”
글/ 옥유경 기자 halo1003@hanyang.ac.kr
사진/ 이현선 기자 qserakr@hanyang.ac.kr
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