세균기생 바이러스 ‘박테리오파지’로 페로브스카이트 태양전지 효율 ↑
환경오염 줄이고 공정 단순화시킬 수 있다는 장점

바이러스로 태양광 발전의 효율을 높이는 기술이 개발돼 주목받고 있다.

성균관대 나노공학과, 부산대 나노에너지공학과, 일본 교토대 고분자화학과 공동연구팀은 화학물질 대신 세균에 기생하는 바이러스인 박테리오파지로 페로브스카이트 태양전지의 광전효율을 높이는데 성공했다고 2일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’ 9월 2일자에 실렸다.

차세대 태양전지로 주목받는 페로브스카이트 태양전지는 빛을 전기로 바꾸는 광전효율을 높이기 위해 페로브스카이트 결정을 만들 때 고분자 같은 화학물질을 첨가해야 한다. 페로브스카이트 태양전지에 포함되는 화학물질은 다루기 까다로운 용매를 사용해 공정이 복잡해 생각만큼 광전효율을 높이기 어렵다는 문제가 있다.

이에 연구팀은 유기합성이 필요한 고분자물질을 첨가하는 대신 배양이라는 생물학적 방식을 통해 대량으로 얻을 수 있는 박테리오파지를 첨가물로 사용했다. 페로브스카이트 결정 생성 과정에서 나타나는 결함을 보완하기에 고분자는 너무 길고, 단분자는 너무 짧은데 반해 박테리오파지는 배양을 통해 딱 맞는 크기로 만들 수 있었다. 박테리오파지 표면 아미노산이 페로브스카이트 표면의 납이온과 결합해 페로브스카이트 결정성장을 촉진하고 표면결함을 보정한다는 점을 연구팀은 확인했다. 이를 통해 화학물질을 첨가했을 때와는 달리 페로브스카이트 대형 결정을 유도할 수 있고 안정성이 높은 태양전지 박막을 만들 수 있었다.

실제로 연구팀이 이번에 개발한 박테리오파지 페로브스카이트 태양전지는 22.3%의 광전효율을 보이는 것으로 확인됐다. 기존 화학물질을 이용한 페로브스카이트 태양전지의 20.9%보다 1.4%포인트 효율이 높이는데 성공했다.

전 일 성균관대 교수는 “이번 연구는 페로브스카이트 품질을 좌우하는 입자크기 제어를 화학물질이 아닌 친환경적 바이오물질로 해결해 광전효율도 높이고 환경문제도 개선하게 됐다는데 의미가 크다”라고 설명했다.