한국연구재단은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구)의 지원을 받은 박종혁 교수(연세대)·김종규 교수(포항공대) 공동연구팀이 햇빛을 재활용해 물에서 수소 에너지를 생산할 수 있는 핵심기술을 개발했다고 밝혔다.

광전기화학 물 분해는 태양광 에너지를 수소 에너지로 전환하는 기술이다. 친환경적이고 지속가능하다는 장점 때문에 집중적으로 연구되고 있다. 최근 보고된 금속 산화물 광전극과 다양한 태양전지의 적층 소자는 태양광 에너지 수소 전환 효율이 5% 수준을 나타내고 있다.

연구팀은 햇빛을 재활용할 수 있는 핵심장치를 자체적으로 개발해 수소 전환 효율을 크게 높였다. 먼저 광전기화학셀-태양전지 적층(Tandem) 소자에 태양광을 파장에 따라 선택적으로 반사·투과시킬 수 있는 전도성 분포 브래그 반사기를 적용해 자가발전 수소생산 시스템을 개발했다.

햇빛을 재활용하기 위한 핵심장치인 전도성 분포 그래그 반사기는 태양광의 특정 파장을 선택적으로 반사·투과시킴으로써 적층소자 내에 햇빛의 흡수를 극대화시킬 수 있는 장치다.

연구 결과 태양광 재순환을 통해 태양광 에너지 수소 전환 효율을 7% 수준으로 끌어 올리는데 성공했다. 이는 외부에서 전기를 걸어 주거나 다른 보조장치가 필요하지 않으며 기존의 복잡한 고가 시스템을 단순화한 것으로써 저가의 산화물 반도체 소재를 활용해 햇빛으로부터 수소에너지를 생산하는 기술로는 세계 최고 수준이라고 연구팀은 설명했다.

박종혁 교수는 “이 연구 성과는 태양광 재사용을 통해 무한한 에너지원인 태양광에서 수소를 생산하는 등 보다 효율적으로 에너지를 활용할 수 있는 기술을 개발한 것”이라며 “태양전지, 발광소자(LED) 등에 적용할 수 있어 에너지 절감 및 차세대 에너지 개발에 기여할 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 설명했다.

이번 연구성과는 자연과학 분야 권위지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 6월 21일자에 게재됐다.