바이러스 사용한 높은 효율의 태양전지 박막 구현
화학첨가물 대신 박테리오파지로 광흡수층(페로브스카이트 결정) 결함 보정
□ 화학첨가물 대신 세균에 기생하는 바이러스, 박테리오파지로 페로브스카이트 태양전지※의 광전효율을 높인 이색적인 연구가 나왔다.
※페로브스카이트 태양전지 : 유·무기 혼합 페로브스카이트 결정구조(구성 원자에 따라 부도체, 반도체, 도체 등 다양한 특성을 보이는 산화물)를 광 흡수층으로 활용하는 박막형 태양전지
○ 유기합성이 필요한 고분자 첨가물과 달리 박테리오파지는‘배양’이라는 생물학적 방식으로 일정 크기의 입자를 대량으로 얻을 수 있어 상대적으로 경제적이라는 설명이다.
□ 한국연구재단은“전일(성균관대학교), 오진우(부산대학교) 교수 연구팀과 김형도 교수(교토대학교) 연구팀이 바이러스를 첨가해 페로브스카이트 결정의 질을 높이고 페로브스카이트 태양전지 소자가 태양광을 전기에너지로 전환하는 광전효율을 높였다”고 밝혔다.
□ 페로브스카이트 결정 생성시 나타날 수 있는 결함을 보정하고 광전효율을 높이기 위해 기존에는 화학첨가물이 이용되어 왔었다.
○ 하지만 화학첨가물은 다루기 까다로운 용매를 사용하며 공정이 비싸고 생성된 물질의 순도가 떨어지는 아쉬움이 있었다.
□ 이에 연구팀은 기존 화학첨가물 대신 배양을 통해 대량으로 얻을 수 있는 박테리오파지를 첨가물로 사용하였다.
○ 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 확인하였다.
□ 이를 통해 균일하면서 큰 페로브스카이트 결정의 형성을 유도, 광안정성이 높은 페로브스카이트 태양전지 박막을 구현해 낼 수 있었다는 설명이다.
○ 만들어진 페로브스카이트 태양전지는 22.3%의 광전효율을 기록하였는데 이는 M13 박테리오파지가 없는 기존 소자의 20.9% 대비 향상된 것이다.
□ 지난해 연구팀이 M13 박테리오파지를 페로브스카이트 태양전지에 적용하는 접근을 최초로 보고하였을 당시 광전효율 20.1%에서 더욱 향상된 결과이다.
○ 유전자 조작을 통해 박테리오파지 표면에 페로브스카이트와 결합이 가장 잘되는 아미노산인 라이신(Lysine)을 증폭시켜 페로브스카이트와의 결합력을 더욱 향상시킨 결과라는 설명이다.
□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 개인기초연구(신진연구)사업, 미래소재디스커버리사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼스(Advanced Energy Materials)’에 9월 2일 게재(온라인)되었다.
