국내 연구진, 가시광 흡수·방출하는 산화물 나노튜브 개발

가시광 흡수율 3배 이상 증가

태양전지, LED, 광센서 등 응용 기대

탄소주입된 TiO2 나노 튜브와 가시광 흡수율 결과, 사진= 미래창조과학부제공

국내 연구진이 가시광 흡수율이 개선된 산화물 나노튜브를 개발했다.

미래창조과학부는 아주대 서형탁 교수팀과 한양대 전형탁 교수 연구팀이 가시광을 흡수·방출하는 산화물 나노튜브를 개발했다고 21일 밝혔다.

반도체 특성을 갖는 여러 나노산화물은 표면적을 넓히는데 유리해 광기능성 소자로 개발하려는 연구가 활발하다.

하지만 상용 나노산화물은 자외선보다 파장이 긴 가시광 영역의 빛을 잘 흡수하지 못하는 경우가 대부분이다.

이 때문에 불순물을 주입해 태양광을 흡수하거나 가시광을 방출할 수 있도록 했으나 원하는 위치에 균일하게 불순물을 주입하는 데는 한계가 있었다.

연구팀은 불순물 탄소를 이용해 가시광선을 잘 흡수할 수 있게 이산화티타늄의 전자구조를 변화시켜 나노튜브의 구조 변형 없이도 자외선 이외의 가시광을 강하게 흡수할 수 있도록 개발했다.

또한 튜브의 외벽과 내벽의 표면적을 극대화해 빛 흡수 시 전달도 원활해졌다.

이를 통해 나노튜브 표면 바로 아래 격자에 탄소를 균일하게 주입해서 가시광 흡수율을 3배 이상 높인 이산화티타늄 나노튜브를 합성했다. 이 같은 흡수율 증대는 현재 보고된 산화물 주입 효과 중에 최고 수준이다.

아울러 이를 염료감응형 태양전지에 적용해 변환효율 4.9%의 태양전지를 시연하는 데 성공했으며 이는 나노튜브를 이용한 태양전지에서는 매우 높은 수준이다.

서 교수는 “나노구조 이산화티타늄의 가시광 흡수율 증대 효과로 태양광 흡수를 필요로 하는 태양전지와 태양광촉매 등에 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구결과는 물리화학분야 권위지인 ‘저널 오브 피지컬 케미스트리 씨(Journal of Physical Chemistry C)’ 8월 13일자 온라인판에 게재됐다.

김은경 기자 cr21@