□ 국내 연구진이 가시광 흡수율이 개선된 산화물 나노튜브를 개발했다. 개발된 나노튜브는 가시광을 잘 흡수하고 방출할 수 있어 태양전지, 태양광 촉매제, LED(발광 다이오드), 광센서 등에 쓰일 수 있는 광기능성 소자*로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

      * 광기능성소자 : 빛을 이용해 광에너지를 전기에너지(태양전지, 광센서)나 화학에너지(광촉매)로 변환하거나 전기에너지를 광에너지(발광소자)로 변환시키는 소자

  o 아주대 서형탁 교수팀과 한양대 전형탁 교수 연구팀이 공동으로 수행한 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 신진연구자지원사업 및 중견연구자지원사업의 일환으로 수행되었고, 연구결과는 물리화학분야 권위지인 Journal of Physical Chemistry C 8월 13일자 온라인판에 게재되었다. (논문명: A Significant Enhancement in Visible Light Absorption of TiO2 Nanotube Arrays by Surface Band Gap Tuning)

□ 반도체 특성을 갖는 여러 나노산화물은 표면적을 넓히는데 유리해 광기능성 소자로 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있으나, 상용 나노산화물은 자외선보다 파장이 긴 가시광 영역의 빛을 잘 흡수하지 못하는 경우가 대부분이었다.

  o 이와 같은 이유로 불순물을 주입해 태양광을 흡수하거나 가시광을 방출할 수 있도록 했으나, 원하는 위치에 균일하게 불순물을 주입하는 데는 한계가 있었다.

□ 연구팀은 불순물 탄소를 이용하여 가시광선을 보다 잘 흡수할 수 있게 이산화티타늄의 전자구조를 변화시킴으로써, 나노튜브의 구조 변형 없이도 자외선 이외의 가시광을 강하게 흡수할 수 있도록 하였다.

  o 또한 튜브의 외벽과 내벽의 표면적을 극대화하여 빛 흡수 시 전달도 원활하게 했다.

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

     * 이산화티타늄(TiO2) : 티타늄 산화물로 나노입자나 나노튜브 등 다양한 형태로 만들어져 자외선 차단제, 페인트, 광촉매제, 전자소재 등으로 다양하게 활용된다.  

  o 나아가 이를 염료감응형 태양전지에 적용하여 변환효율 4.9%의 태양전지를 시연하는 데 성공하였으며, 이는 나노튜브를 이용한 태양전지에서는 매우 높은 수준이다.

□ 서 교수는 “나노구조 이산화티타늄의 가시광 흡수율 증대 효과로 인해 태양광 흡수를 필요로 하는 다양한 에너지 소자 즉, 태양전지와 태양광촉매 등에 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

[붙임] 연구결과 개요, 용어설명, 그림설명 및 연구자 이력사항

< 미래창조과학부 기초연구진흥과 02-2110-2371 >

2013.8.21. 미래창조과학부

“이 자료는 미래창조과학부의 보도자료를 전재하여 제공함을 알려드립니다.”