| 내용 |
러시아 모스크바 국립원자력대학(Moscow Engineering Physics Institute)의 연구진은 양자점(quantum dot)과 감광성 단백질로 구성된 하이브리드 재료로 새로운 유형의 태양전지를 만들었다. 이 연구결과는 태양 에너지 수집 및 광학 컴퓨팅에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 박테리오로돕신(bacteriorhodopsin)은 식물의 엽록소와 같이 빛 에너지를 화학 결합 에너지로 변환시킬 수 있다. 이것은 세포막을 통한 양전하 전달로 인해 발생한다. 즉, 양성자 펌프(proton pump)의 역할을 하기 때문에 태양전지에 적용 가능하다. 박테리오로돕신이 엽록소와 가장 크게 차이가 나는 점은 산소 없이 작동할 수 있다는 것이다. 이러한 능력으로 인해 화학적, 열적, 광학적 안정성이 우수하다. 동시에 박테리오로돕신은 양성자를 펌핑(pumping)함으로써 10억분의 1초에 여러 번 색이 변한다. 따라서 이 재료는 홀로그램 장치를 만드는데 유망하다. 이번 연구진은 양자점에 박테리오로돕신을 결합시킴으로써 단지 몇 나노미터 크기에 빛 에너지를 집중시켜서 빛 방출 없이 박테리오로돕신에 전달할 수 있었다. 정상적인 조건 하에서는 박테리오로돕신과 같은 감광선 분자가 매우 좁은 에너지 범위의 빛만을 흡수하기 때문에 제대로 작동하지 않는다. 그러나 양자점을 결합함으로써 매우 넓은 에너지 범위의 빛도 흡수할 수 있게 됨으로써 높은 효율을 가진 태양전지를 만들 수 있게 된다. 고에너지 광자 방사선 조건이 만들어지면, 양자점은 이것을 방출하지 않고 박테리오로돕신에 전달한다. 따라서 광학 스펙트럼의 근적외선에서 자외선 영역까지 매우 넓은 범위의 빛에 작동하는 태양전지를 만들 수 있게 된다. 양자점은 화학적 합성 방법을 통해서 만들어졌고, 그 후에 전하를 띠게 하는 분자로 코팅되었다. 그 후에 양자점과 박테리오로돕신을 결합함으로써 양자점에서 박테리오로돕신으로의 여기 에너지 전달 효율이 매우 높은 하이브리드 복합물(약 80%)이 만들어졌다. 이 연구결과는 생물 구조를 기반으로 매우 효율적인 감광성 소재를 만들 수 있는 새로운 길을 열어주고 있다. 바이오 하이브리드 나노구조는 높은 효율성을 가지고 있기 때문에 향후에는 최고의 성능을 가진 상용 샘플을 능가하게 될 것이다. 향후 연구는 감광성 태양전지의 구조를 최적화하는 것이 될 것이다. |
