식물 엽록소 이용한 바이오·태양전지 나온다

기존 제품보다 200% 향성된 성능 보여

▲엽록소를 이용해 기존 제품보다 200% 뛰어난 바이오·태양전지가 개발됐다.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자]식물의 엽록소를 이용해 저렴한 가격으로 친환경적이면서 성능이 기존 제품보다 뛰어난 바이오·태양전지가 개발됐다. 국내 연구팀은 '은 나노입자'와 엽록소를 결합해 기존보다 약 200% 향상된 성능을 보이는 제품을 만들어냈다.

지구상에 무한히 존재하는 식물의 엽록소를 이용해 저렴한 가격으로 친환경적 전력 생산이 가능한 태양전지를 상용화 할 수 있는 기술적 토대를 마련한 것이다.

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

엽록소는 식물이나 녹조류 등에서 대량추출이 쉽다. 가시광선 영역의 흡수 특성이 좋아 지표면에 입사되는 태양에너지를 효율적으로 활용할 수 있다. 이 같은 특성으로 엽록소를 태양전지의 광흡수체로 사용할 경우 태양전지의 단가를 획기적으로 낮출 수 있는 해결책이 될 수 있다.

문제는 기존의 무기물질로 구성된 태양전지 구성물과 자연생물체인 엽록소를 효과적으로 결합하는 방법이 제시되지 못해 바이오·태양전지 개발에 어려움을 겪어 왔다.

연구팀은 10나노미터(nm) 크기의 미세한 은 입자를 식물에서 추출한 엽록소와 결합해 기존보다 약 200% 향상된 고효율의 바이오·태양전지 제작에 성공했다. 은 나노입자는 엽록소에서 빠져나가는 파장대의 빛을 흡수해 재사용할 뿐만 아니라 엽록소를 전극기판 위에 배열할 때 출력저하도 감소시켜 태양전지의 효율을 증가시키는데 핵심적 역할을 했다.

이번 연구는 미래창조과학부에서 추진하고 있는 글로벌프런티어사업의 하이브리드인터페이스기반미래소재연구단(단장 김광호)과 강정구 교수팀(한국과학기술원)이 공동협력연구를 이뤄냈다. 연구결과는 에너지 과학분야의 학술지인 어드밴스드 에너지 메터리얼즈(Advanced Energy Materials)에 8월13일자(논문명: Light harvesting antenna using natural extract graminoids coupled with plasmonic metal nanoparticles for bio-photovoltaic cells) 온라인판에 실렸다.

강정구 교수는 "이번 연구는 앞으로 카로티노이드, 알칸닌, 베타레인 등의 자연계에 풍부하게 분포돼 있는 다양한 광흡수체를 태양전지의 부품으로서 효과적으로 사용할 수 있는 해결책을 제시했다"며 " 환경과 에너지 문제를 동시에 해결할 수 있는 새로운 원천기술 개발과 상용화에 큰 역할을 할 것으로 기대된다"고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr