전기를 생산하는 염료감응 태양전지의 상용화를 앞당길 수 있는 새로운 전극물질이 개발됐다.

UNIST(울산과기원, 총장 정무영) 에너지 및 화학공학부의 백종범 교수팀은 그래핀에 '셀레늄(Se)' 원소가 도입된 새로운 그래핀(SeGnP)을 개발했다. 연구결과는 세계적인 자연과학 분야 권위지인 사이언스 어드밴스(Science Advances) 6월 17일자 온라인판에 게재됐다.

이 물질을 염료감응 태양전지의 상대 전극으로서 기존 백금 전극을 뛰어넘는 우수한 촉매 활성 및 안정성을 보였다.

염료감응 태양전지는 염료가 흡착된 투명 반도체 전극, 전해질, 상대전극으로 구성된다. 전해질로는 주로 코발트(Co)나 요오드(I)가 쓰인다. 상대전극으로는 고가의 백금을 사용한다.

이번 성과는 꿈의 신소재로 알려진 그래핀의 단점을 보완하는 연구로도 주목받고 있다. 그래핀은 탄소 원자들이 평평한 2차원 구조의 벌집 격자 모양을 이루는 물질로 물리적‧화학적‧전기적 성질이 뛰어나 응용 가능한 높은 꿈의 신소재로 각광받는다. 그러나 탄소 원자만 있으면 너무 안정적이어서 전기화학적으로 활성화시키기 어렵다. 이에 그래핀에 다른 원소를 도입해 전기화학적 활성을 높이는 연구가 진행돼 왔다.

UNIST 연구팀은 기계화학적 공정으로 셀레늄을 그래핀에 도입했다. 원자 분해능 투과전자현미경으로 셀레늄이 그래핀 가장자리에만 선택적으로 도입된 걸 확인할 수 있었다. 그래핀의 결정성을 손상시키지 않고 우수한 전기적 특성을 유지한 상태에서 셀레늄을 도입해 전기화학적 촉매 특성을 극대화할 수 있었다.

백종범 교수는 "염료감응 태양전지의 상용화를 가로막던 원인 중 하나가 비싼 백금 촉매를 대체할 새로운 소재 개발이 늦어진 것"이라며 "셀레늄이 도입된 그래핀이 백금 전극을 대체하게 되면 염료감응 태양전지 상용화에도 기여할 것"이라고 말했다.

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