고민재

서울 공과대학 화학공학과 교수

‘태양전지·태양광 물분해 효율 향상’ 양자점 흡착 신기술 개발

• 2018년 3월 고민재 교수는 호서대 김재엽 교수 연구팀 및 UNIST 이재성 교수 연구팀과 공동으로 황화납·황화카드뮴 양자점 흡착 신기술을 개발, 태양전지 및 태양광 물 분해에 의한 수소생산 효율을 크게 향상하는 데 성공했다. 양자점은 수 나노미터(nm, 10억분의 1m) 크기를 지니는 미세한 반도체 입자로 높은 흡광 계수를 지닌다. 크기에 따라 광학특성 조절이 가능한 장점이 있어 디스플레이, 태양광 에너지 변환 등에 응용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 양자점을 태양광 에너지 변환 소자에 응용하기 위해서는 일반적으로 다공성의 금속산화물 전극 표면에 흡착시킨다. 연구팀은 황화카드뮴 양자점 흡착 과정에서 망간을 도핑하면 광학 특성의 향상과 함께 양자점 흡착량이 크게 증가하는 것을 밝혀냈다. 또, 이번 연구를 통해 금속산화물 전극을 염기성 용액으로 전처리하면 황화납 양자점 흡착량이 증가한다는 사실도 확인했다. 이 기술을 적용해 제작한 광전극을 양자점 감응 태양전지에 적용했을 때 광변환 효율이 기존 대비 33%가량 증가한 것으로 나타났다고 전했다. 그뿐만 아니라, 태양광 물 분해에 의한 수소 생산에 적용 시 세계 최고 수준인 22.1밀리암페어 광전류 값을 기록했다고 밝혔다.
• 본 연구 결과는 세계적인 학술저널인 ‘어플라이드 카탈리시스 B : 환경’ 온라인판에 'Highly loaded PbS/Mn-doped CdS quantum dots for dual application in solar-to-electrical and solar-to-chemical energy conversion'이라는 제목으로 게재됐다.