좌측부터 DGIST 양지웅 교수, 인수일 교수, 김기욱 석박사통합과정생, 김화평 박사, 건국대학교 김재엽 교수.(사진=DGIST 제공)

DGIST(총장 이건우)는 에너지공학과 양지웅·인수일 교수 연구팀이 건국대학교 화학공학부 김재엽 교수 연구팀과 공동연구를 통해 중금속이 없는 친환경 양자점의 음이온 결함을 정밀 제어하는 기술을 개발하고, 세계 최고 수준의 태양광 수소 생산 효율을 달성했다고 밝혔다.

양자점은 차세대 광전소재로 주목받지만, 기존 고효율 소재는 카드뮴·납 등 독성 중금속을 포함해 상용화에 제약이 있었다.

연구팀은 I-III-VI족 기반 친환경 양자점의 구조적 한계로 지적돼 온 음이온 결함 문제를 전구체 비율 정밀 조절 공정으로 해결했다.

특히 구리-인듐-황-셀레늄(CuIn(S₁-xSeₓ)₂) 양자점에서 황과 셀레늄을 1:1로 혼합한 조성(CuIn(S₀.₅Se₀.₅)₂)에서 결함 농도가 최소화되고 결정 안정성이 극대화됨을 확인했다.

이를 이산화티타늄(TiO₂) 기반 광전극에 적용한 결과, 0.6 VRHE에서 15.1 mA·cm⁻²의 높은 광전류 밀도를 기록했다.

또한 황화아연(ZnS)·이산화규소(SiO₂) 이중 보호막을 도입해 장기 구동 안정성도 확보했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 산업통상자원부 지원으로 수행됐으며, 성과는 에너지·환경 분야 국제학술지 eScience(IF 36.6)에 게재됐다.

연구팀은 이번 기술이 친환경 수소 에너지 상용화를 앞당기는 계기가 될 것으로 기대하고 있다.