초록 ▼

□ 연구개요
● 광전기화학 물분해 기술은 광촉매를 이용하여 직접 태양광 조사를 통해 수소를 생산하는 기술로 그린 수소생산에 있어 대표적인 방법임.
● 무기물 기반 광전극의 한계점을 극복하기 위해 유기반도체 기반 광전극 연구가 활발히 진행 되고있음.
● 하지만 유기반도체 기반 광전극은 태양광 스펙트럼 중 UV영역에 의해 안정성이 저하되는 문제가 있음.
● 따라서 본 연구과제에서 유기반도체 물질 최적화와 UV저항성을 향상시켜 고효율 고안정 유기물 기반 광전기화학 수소생산 시스템을 구현하는 것이 목표임.

□ 연구개요
● 광전기화학 물분해 기술은 광촉매를 이용하여 직접 태양광 조사를 통해 수소를 생산하는 기술로 그린 수소생산에 있어 대표적인 방법임.
● 무기물 기반 광전극의 한계점을 극복하기 위해 유기반도체 기반 광전극 연구가 활발히 진행 되고있음.
● 하지만 유기반도체 기반 광전극은 태양광 스펙트럼 중 UV영역에 의해 안정성이 저하되는 문제가 있음.
● 따라서 본 연구과제에서 유기반도체 물질 최적화와 UV저항성을 향상시켜 고효율 고안정 유기물 기반 광전기화학 수소생산 시스템을 구현하는 것이 목표임.

□ 연구 목표대비 연구결과
※ 최종목표
● 유기물 기반 고효율 고안정 광전기화학 셀 개발
※ 연구 목표대비 연구결과
● 유기태양전지 소자 제작: 전자공여체로 PM6, 전자수용체는 Y6를 활용한 이종접합구조를 기반으로 유기태양전지 형태의 광전극 소자 제작 (J_SC = 26.01 mA cm^-2, VOC = 0.842 V).
● 유기 광전극 시스템 개발: 물속에서 취약하고 전극표면에서 전하분리가 잘 일어나지않는 단점을 극복하기 위한 유기 광 산화극 개발 (NiFe LDH, 니켈 포일, 갈륨-인듐 eutectic 금속 활용, 0.6 V vs RHE의 개시전압, 1.23 V vs RHE에서 광전류 밀도 25.07 mA cm^-2, 6.20%의 half-STH).
● 다운컨버젼 물질 개발: 기존 보고된 다양한 다운컨버젼 물질들의 한계를 해결하기 위해 UV 영역에 특화된 광흡수특성, 높은 광전환효율, 유기용매에 대한 높은 용해도를 고려한 Pt기반 photon downshifting 물질 (PtCP) 개발 성공
● 다운 컨버젼 물질 특성 및 구동 메커니즘 분석: 개발된 PtCP는 PM6:Y6 유기 광활성층에 첨가제로 적용 시, UV영역의 빛을 가시광선 영역으로 효과적인 전환 특성을 보였고 유기반도체물질과의 상호작용을 통해 유기박막의 결정성을 향상시켜 소자의 UV저항성을 향상시키는 것을 확인함.
● 고효율 고안정 유기반도체 기반 광전극 개발 및 실증: PM6:Y6 유기반도체 광전극에 개발된 PtCP를 첨가하여 최종적으로 향상된 성능과 더불어 24시간 이후에도 98%이상의 성능 유지율을 기록하여 획기적으로 안정성을 향상시킴.

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
● 본 연구결과는 유기반도체물질 기반 광 전극 개발 기술뿐만 아니라 성능과 안정성 향상을 위한 독자적인 기술력을 선제적으로 확보한 성과임.
● 또한 물질군 조절을 통한 성능 향상 가능성 확인 및 안정성 저해 요소 특정에 성공한 이후 이를 기반으로 유기 광 전극의 성능과 안정성 향상에 대한 추가연구를 성공적으로 진행하여, 연구 분야에 핵심적인 기술을 개발함.
● 본 결과를 통해 광전기화학 태양광-수소생산 기술의 효율을 향상시켜 상용화를 앞당겼을 뿐만 아니라 글리세롤과 같은 바이오매스의 고부가가치화, 과산화수소수 생산, 나아가 암모니아 생산에도 쉽게 응용이 가능할 것으로 예상하여 다양한 분야에 적용할 계획임.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 5
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 5
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 자체점검표 ... 12
• 7. 참고문헌 ... 13
• 끝페이지 ... 25