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고체 염료감응 태양전지의 최근 진보 검토

전문가 제언: ○ 태양전지의 대부분을 이루는 실리콘 반도체를 이용한 태양전지는 많은 가격 하락에도 불구하고 아직 고가이므로 보급에 지장이 있어왔다. 1991년 스위스의 Graetzel 교수 등이 발명한 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell: DSSC 또는 DSC)는 나노 결정의 다공성 산화티타늄에 흡착된 염료의 광 여기를 이용하고, I-/I3- 산화 환원 쌍을 함유하는 전해질에 의한 전기화학적 기능을 갖는 전지로 가격 저하와 공정 단순화의 가능성으로 세계적인 관심을 끌고 있다.

○ 그러나 유기용매를 사용하는 액상의 전해질로 된 DSSC는 밀봉이 불완전할 경우 용매의 증발로 인해 성능 저하와 장기 안정성이 떨어져 전해질을 고상(solid state) 또는 준 고상으로 할 필요가 있었다. 이러한 연구가 세계적으로 한창이고 국내에서도 한국전자통신연구원의 박남규 박사를 위시하여 여러 연구기관에서, “산화티타늄 필름 두께가 광기전력 특성에 미치는 영향”의 발표 등 활발히 연구 활동을 수행하고 있다.

○ 본 글은 중국 Tsinghwa 대학의 여러 교수와 Swiss Federal Institute of Technology의 Peng Wang 교수에 의해 지금까지의 고상 DSSC의 기술개발을 정리한 것이다. 비 휘발성의 높은 열적 안정성과 고전도성을 가진 이온성 액체 용매와 산화티타늄 나노 입자 또는 탄소 나노 튜브 등을 사용한 나노 복합재료의 이온-겔형 정공도체를 갖는 준 고상 DSSC가 5%를 초과하는 에너지 변환효율을 달성한 것을 기술하고 있다.

○ 최근 일본 NEDO 프로그램의 Fujikura사는 나노 복합재료의 이온-겔형 준 고상 DSSC로 변환효율을 5mmX9mm 모듈에서 6.4%, 450X300mm 모듈에서는 3.2%까지 발전시켰다. 물리적 확산으로 해석할 수 없었던 고점도 정공도체의 전하수송의 기구를 각각 독립적으로 밝힌 Peng Wang과 Kawano의 연구는 과거의 도약전도(hopping conduction) 이론을 보완하는 교환반응에 의한 확산으로 풀이하였다. 금후 장기 안정성 확보 중심의 변환효율 향상이 필요하고, 모듈 크기 확대에 따른 효율저하 원인규명을 비롯한 조기 실용화에 주력하는 연구가 필요할 것이다.

저자: Bin Li et al
자료유형: 학술정보