□ 유기 반도체는 다른 반도체 소재에 비해 비교적 저렴하고 다양한 공
정 방법을 가지고 있어 대규모·대면적 생산에 용이하고 에너지 전환
효율이 높아 유망한 광전극 소재로 꼽힌다.
∘ 그러나 유기 물질 자체가 수분에 취약해 광전기화학 물분해를 통한
수소 생산 실용화를 위해서는 유기 반도체 성능의 큰 저하 없이 장시
간 구동하게 하는 기술 개발이 시급하다.
□ 지스트(광주과학기술원) 신소재공학부 이상한 교수 연구팀은 태양에너
지로부터 다량의 수소 생산을 가능하게 하는 유기 반도체 광전극 기반
모듈 시스템을 선보였다.
∘ 연구팀은 광전극 내에 수분이 침투되는 것을 막아 유기 반도체가 장
시간 구동할 수 있도록 하는 금속 캡슐화* 기술을 적용, 현재까지 보
고된 유기 반도체 광음극 가운데 가장 높은 안정성을 유지하는 데 성
공했다.
* 금속 캡슐화(metal encapsulation): 유기 반도체와 같이 수분에 취약한 물질을 밀
봉해 물질의 안정성을 보장하는 기술. 밀봉하려는 물질을 액체 금속(인듐-갈륨 합
금)과 보호층(금속 포일)을 이용하여 외부 수분의 침투를 완전 차단한다. 기존
연구에서 유기금속 할로겐화물 페로브스카이트 기반 광음극에 도입되어 훌륭한
성능을 보인 바 있다.
∘ 연구팀의 유기 반도체 광음극은 초기 성능과 비교해 95% 이상의 성능을
30시간 이상 유지했으며, 기존 연구보다 최소 20시간 이상 향상된 안
정성을 확보했다. 또한 기존 연구의 최고 효율인 4.3%와 비교해 이번
연구 성과는 12.3mA·cm-2의 높은 광전류와 5.3%의 높은 반쪽전지 효
율을 달성했다.
∘ 연구팀은 이렇게 장시간 구동 가능한 유기 반도체 광음극을 연결한
광전극 모듈 시스템을 개발해 실제 태양광 아래에서 구동시켰으며,
그 결과 실험실 단위를 넘어서 실제 환경에서 대면적의 유기 반도체
광음극 기반 모듈 시스템의 수소 생산 가능성을 확인했다.