국립창원대, 초저밴드갭 반도체 CO2 환원 원리 규명

국립창원대학교는 반도체물리학전공 연구팀이 초저 밴드갭 반도체 광전극의 이산화탄소(CO2) 환원 선택성을 결정하는 새로운 설계 원리를 발견했다고 13일 밝혔다.

곽진성 교수 연구팀은 분자선 에피택시(MBE)로 InAs1-xSbx 합금 기반 광전극을 합성하고 태양광 조사 조건에서 CO2 환원 실험을 진행했다. 실험 결과, 특정 조성에서 수소 발생이 억제되면서 CO2가 액상 산소함유 화합물로 선택적으로 전환되는 현상이 확인됐다.

연구팀은 밀도범함수이론(DFT) 계산과 자외선 광전자 분광 분석을 통해 이런 결과가 전자구조 변화에서 비롯됐음을 이론적으로 입증했다.

연구 핵심은 밴드갭 크기가 아닌 '밴드 에지 정렬(Band-edge alignment)'이 CO2 환원 선택성을 좌우한다는 점이다. 전도대와 가전자대의 절대적 위치를 정밀하게 조절하면 '선택적 생성 영역(selective-production window)'을 설계할 수 있다는 것이 밝혀졌다.

연구 성과는 국제 저명 학술지 'Journal of CO2 Utilization'에 게재됐다. 제1저자는 손호기 박사, 교신저자는 곽진성 교수다.

곽진성 교수는 "이번 연구는 초저 밴드갭 반도체의 한계를 극복할 수 있는 새로운 광전극 설계 방향을 제시한 것"이라며 "앞으로 태양광 기반 탄소 자원화 및 친환경 에너지 전환 기술로의 확장을 목표로 연구를 이어갈 계획"이라고 밝혔다.

연구에는 손호기 박사와 한국과학기술 연구원(KIST) 우승완 박사과정생이 공동 제1저자로 참여했으며, 국립창원대 G-램프(LAMP)사업단과 Post-doc. 성장형 연구지원사업의 지원을 받아 수행됐다.