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태양전지 분자로의 체계적 접근(A system approach to molecular solar cells)

전문가 제언: □ 현재 주종을 이룬 상업화된 태양전지는 실리콘 옥사이드계이다. 이 실리콘 옥사이드계는 단결정, 다결정, 비결정계로 구분이 된다. 단결정의 경우 약 21-24% 정도의 최대 효율을 가지며 비결정계의 경우는 약 14% 정도로 알려져 있다. 현재 널리 쓰이고 있는 실리콘 옥사이드계 태양전지는 효율이 높은 반면 생산단가는 상대적으로 높다. 가격은 비싼 순으로, 단결정, 다결정, 비결정계 이다. 염료감응형 태양전지는 Grätzel에 의하여 발명되었으며 대량 생산이 용이하고 싸다는 큰 장점을 가지고 있다. 실리콘 옥사이드계 태양전지 중 가장 싸다는 비결정계에 비하여 약 1/5 수준밖에 안된다. 염료감응형 태양전지의 경우 실험실에서 약 10.4%의 효율을 가지는 것이 최대치이다.

□ 본 논문은 스웨덴의 Ångström 태양 에너지 연구소의 염료감응형 태양전지에 관한 연구개발 결과를 개관한 것이다. 연속적 프로세스의 개발로 생산비를 내릴 수 있었으며, 높은 생산성으로 대량생산이 가능하게 되었다. 중다공성 TiO2 전극층을 실온에서 분말 필름에 압력을 가함으로써 생산하는 공정을 개발하였다. 이로써 유연한 기판을 이용한 연속적 프로세스가 가능하게 되었다. 10,000 시간을 실내조명에 노출시켜 이 플라스틱 염료감응형 태양전지를 시험한 결과, 얻은 데이터는 각종 실내 환경에서 이용 가능함을 입증하였다. 염료감응형 태양전지는 상호 작용하는 매우 복잡한 분자 시스템으로, 최적화는 도전해야할 어려운 분야로 체계적인 접근 방법을 제안하였다.

□ 태양전지는 태양 에너지가 실리콘과 같은 반도체 물질에서 전자를 발생시켜서, 이 전자가 전극에 모아져 전류를 발생하게 된다. 플라스틱 태양전지는 폴리머 나노 전선으로 실리콘과 같은 물질을 대체시켜서 가볍고 싸며 유연성이 있는 태양전가 된다. 이런 종류의 태양전지로써, 국내의 전기연구원에서 탄소 나노튜브의 우수한 전기화학적 촉매 특성에 착안하여, 이를 상대전극으로 만든 탄소나노튜브 태양전지를 개발하였다. 9.6%의 높은 효율을 얻었다. 기존의 염료감응형 태양전지의 상대전극으로 고가의 백금이 이용되어왔다는 점에서, 이 기술을 이용할 경우 가격경쟁력을 가출 것으로 판단한다. 국내에서도 이 분야의 노력이 계속되길 기대한다.

저자: Anders Hagfeldt
자료유형: 학술정보