한국외대는 임주원 반도체전자공학부 교수 연구팀이 중국 Northeast Petroleum University Huan Wang 교수팀과 공동 연구를 통해 차세대 친환경 에너지 변환 기술로 주목받는 광전화학(PEC) 전지의 성능을 향상시킨 신개념 반도체 광전극을 개발했다고 18일 밝혔다.

임 교수팀은 이번 연구에서 몰리브덴 도핑 텅스텐 산화물(Mo–WO₃)과 세륨 산화물(CeO₂)을 결합해 S-scheme 이종접합 구조를 구현하고, 광전자와 정공의 분리 효율을 극대화해 기존 광전극의 주요 한계였던 전하 재결합 손실을 획기적으로 억제하고 빛을 이용한 고효율 전력 생산 가능성을 입증했다.

특히 이번 광전극은 과산화수소(H₂O₂)를 매개로 한 신형 광전화학 전지에 적용돼, 기존보다 4배 이상 높은 H₂O₂ 생성 효율과 2.55배 향상된 전력 밀도를 달성했다.

또 초고용량 커패시턴스(capacitance)와 12시간 동안 54% 용량 유지율을 보여, 광에너지 변환과 동시에 에너지 저장 및 전력 공급 기능을 모두 구현하는 올인원(All-in-one) 에너지 시스템의 가능성을 제시했다.

임 교수는 "이번 연구는 반도체 소자의 전하 이동 제어와 결함공학 개념을 에너지 변환 소자에 접목한 것으로, 태양광 발전·연료 저장·전력 생산을 하나의 시스템에서 통합 구현한 혁신적인 접근"이라며 "향후 반도체 기반 수소 생산, 자가발전형 센서, 광촉매 반응 소자 등 다양한 응용 연구로 확장될 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 금속공학 분야 전 세계 상위 1%에 해당하는 국제 저명 학술지 Journal of Materials Science & Technology에 게재됐다.

grown@news1.kr