한국외대, 신개념 반도체 광전극 개발…전력 밀도 2.5배↑

[이데일리 김응열 기자] 한국외대는 공과대학 반도체전자공학부의 임주원 교수 연구팀이 차세대 친환경 에너지 변환 기술로 주목받는 광전화학(photoelectrochemical·PEC) 전지의 성능을 획기적으로 개선한 신개념 반도체 광전극(photoanode)을 개발했다고 18일 밝혔다.

임주원 한국외대 반도체전자공학부 교수. (사진=한국외대)

임 교수 연구팀은 광전자와 정공의 분리 효율을 극대화해 기존 광전극의 단점이었던 전하 재결합 손실(recombination loss)을 획기적으로 억제하고 빛을 이용한 고효율 전력 생산이 가능하다는 점을 입증했다.

특히 이번에 개발한 복합체 광전극은 과산화수소(H₂O₂)를 매개로 하는 신형 광전화학 전지(H₂O₂ PEC cell)에 적용돼 기존 4배 이상 높은 H₂O₂ 생성 효율과 2.55배 향상된 전력 밀도(5.79 mW/cm²)를 달성했다. 또 광에너지 변환과 동시에 에너지 저장·전력 공급 기능을 모두 구현하는 올인원(All-in-one) 에너지 시스템의 가능성을 제시했다.

이번 연구 결과는 국제 저명 학술지 Journal of Materials Science & Technology (Impact Factor: 14.3)에 게재됐다. 임 교수 연구팀은 중국 Northeast Petroleum University Huan Wang 교수팀과 공동연구했다.

임 교수는 “이번 연구는 반도체 소자의 전하 이동 제어와 결함공학 개념을 에너지 변환 소자에 접목한 것”이라며 “향후 반도체 기반 수소 생산, 자가발전형 센서, 광촉매 반응 소자 등 다양한 응용 연구로 확장될 것”이라고 말했다.