성균관대-부산대 연구팀…22.3% 기록 인증 획득
M13 박테리오파지의 pVIII 부분과 표면 펩타이드를 조작해 페로브스카이트 층에 적용한 모식도. 전일 교수 제공
국내 연구진이 화학첨가물 대신 바이러스를 태양전지 박막으로 사용해 광전 효율을 높인 신개념 페로브스카이트 태양전지를 개발했다. 바이러스와 같은 바이오 물질을 적용해 제작한 페로브스카이트 태양전지 중에서는 광전 효율이 22.3%로 세계에서 가장 높다.
전일 성균관대 나노공학과 교수팀은 오진우 부산대 나노에너지공학과 교수팀, 김형도 일본 교토대 교수팀과 공동으로 세균에 기생하는 바이러스인 박테리오파지로 페로브스카이트 결정의 질을 높인 새로운 페로브스카이트 태양전지를 개발하는 데 성공했다고 2일 밝혔다.
일반적으로 페로브스카이트 태양전지는 페로브스카이트 결정을 생성할 때 나타날 수 있는 결함을 보정하고 광전 효율을 높이기 위해 화학첨가물을 쓴다. 하지만 화학첨가물을 쓰기 위해 다루기 까다로운 용매를 이용하는 과정에서 공정이 비싸고 생성 물질의 순도가 떨어지는 등 한계가 있었다. 환경 친화적이지 않다는 단점도 있었다.
연구진은 화학첨가물 대신 박테리오파지를 쓰면 배양을 통해 입자를 대량으로 얻을 수 있을 뿐 아니라 바이러스의 특성상 항상 일정한 크기로 증식한다는 장점을 십분 활용할 수 있을 것으로 예상했다.
전 교수는 지난해 이 같은 아이디어를 떠올리고 실험한 결과 박테리오파지를 페로브스카이트 태양전지 박막으로 활용할 수 있다는 사실을 처음 확인해 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’에 발표했다. 박테리오파지 표면의 아미노산이 페로보스카이트 표면의 납 이온과 결합해 페로보스카이트의 결정 성장을 촉진하면서 동시에 표면 결함도 보정했다.
연구진은 지난해 연구에서 한 단계 더 나아가 페로브스카이트 결정과 잘 결합하는 특성을 보이는 KKK-타입 아미노산만 선택적으로 증폭하도록 유전자를 조작했고, 이를 통해 광전 효율을 22.3%까지 끌어올리는 데 성공했다. 연구진은 한국에너지기술연구원(KIER)에서 이 효율을 공인 인증 받았다.
전 교수는 “소자 시스템에서 기존 화학첨가물을 바이오 물질로 충분히 대체할 수 있음을 보였다는 데 의의가 있다”며 “페로브스카이트 태양전지뿐만 아니라 포토디텍터, 발광다이오드(LED) 등에도 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.
연구 결과는 국제학술지 ‘어드벤스드 에너지 머티리얼스’ 2일자에 실렸다.
