차세대 에너지 소자 설계 활용 기대
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| 인공광합성과 차세대 유기 반도체 효율 높이는 전하 이동의 핵심 원리 규명한 연구 그림의 모습. [성균관대학교 제공] |
[헤럴드경제=정주원 기자] 성균관대학교 연구진이 인공광합성과 차세대 유기 반도체의 효율을 높일 수 있는 전하 이동의 핵심 원리를 세계 최초로 규명했다.
성균관대학교는 김태연 화학과 교수 연구팀이 연세대학교 연구팀과 공동으로 분자 집합체 내 전하 분리 및 이동 메커니즘을 제어하는 새로운 물리화학적 원리를 밝혀냈다고 7일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 지난달 17일 온라인 게재됐다.
연구팀은 분자들이 쌓인 나노 구조는 유지한 채 주변 용매의 극성만 선택적으로 바꿀 수 있는 독자적인 분자 집합체 플랫폼을 개발하고 초고속 레이저 분광 기술과 양자화학 계산을 통해 전하 이동 과정을 분석했다.
그 결과 용매의 성질에 따라 전하가 이동하는 방식이 완전히 달라지는 ‘메커니즘 크로스오버’ 현상을 세계 최초로 확인했다. 극성이 낮은 환경에서는 양자역학적 터널링이, 극성이 높은 환경에서는 주변 용매 분자의 움직임이 전하 이동을 주도하는 것으로 나타났다.
연구팀은 또한 빛 에너지 전달 거리인 엑시톤 확산 길이가 용매 환경에 따라 최대 약 3배까지 늘어날 수 있다는 사실도 확인했다. 이를 통해 유기 태양전지와 인공광합성 시스템 등 차세대 친환경 에너지 소자의 효율을 높일 수 있을 것으로 기대된다고 설명했다.
김태연 교수는 “복잡한 분자 집합체에서 구조 변화 없이 주변 환경만의 영향을 분리해 전하 이동의 근본 원리를 규명한 연구”라며 “향후 유기 태양전지와 인공광합성 시스템 등 미래 에너지 소자의 설계 지침을 제시할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
