“화학첨가물 대신 바이러스 넣었더니”…태양전지 효율 확 높아졌다

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 기존 화학첨가물 대신 세균에 기생하는 바이러스, 박테리오파지를 활용해 차세대 태양전지로 각광받는 페로브스카이트 태양전지의 광전효율을 높일 수 있는 기술을 개발했다.

유기합성이 필요한 고분자 첨가물과 달리 박테리오파지는‘배양’이라는 생물학적 방식으로 일정 크기의 입자를 대량으로 얻을 수 있어 상대적으로 경제적이라는 설명이다.

한국연구재단은 성균관대학교 나노공학과 전일 교수, 부산대학교 에너지공학과 오진우 교수 , 일본 교토대학교 김형도 교수 공동연구팀이 바이러스를 첨가해 페로브스카이트 결정의 질을 높이고 페로브스카이트 태양전지 소자가 태양광을 전기에너지로 전환하는 광전효율을 높이는데 성공했다고 2일 밝혔다.

페로브스카이트 태양전지 결정 생성시 나타날 수 있는 결함을 보정하고 광전효율을 높이기 위해 기존에는 화학첨가물이 이용돼옸다.

하지만 화학첨가물은 다루기 까다로운 용매를 사용하며 공정이 비싸고 생성된 물질의 순도가 떨어지는 문제점이 있었다.

연구팀은 기존 화학첨가물 대신 배양을 통해 대량으로 얻을 수 있는 박테리오파지를 첨가물로 활용했다.

너무 긴 고분자나 너무 짧은 단분자 대신 그레인(grain)에 딱 맞는 크기인 M13 박테리오파지(폭 6.6nm, 길이 880nm)를 사용한 것이다.

이를 통해 박테리오파지 표면의 아미노산들이 페로브스카이트 표면의 납 이온과 결합해 페로브스카이트 결정성장을 촉진시키고 표면결함을 보정할 수 있음을 확인했다.

균일하면서 큰 페로브스카이트 결정의 형성을 유도, 광안정성이 높은 페로브스카이트 태양전지 박막을 구현해 낼 수 있었다는 설명이다.

제작된 페로브스카이트 태양전지는 22.3%의 광전효율을 기록하였는데 이는 M13 박테리오파지가 없는 기존 소자의 20.9% 대비 큰 폭의 효율 향상을 나타냈다.

전일 교수는 “유전자 조작을 통해 박테리오파지 표면에 페로브스카이트와 결합이 가장 잘되는 아미노산인 라이신을 증폭시켜 페로브스카이트와의 결합력을 더욱 향상시켰다”라며 “향후 추가연구를 통해 태양전지 뿐만 아니라 포트디텍터, LED 등 다양한 기기 및 광전소자에 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단 지원으로 수행된 이번 연구성과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼스’ 9월 2일 온라인판에 게재됐다.