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광에너지를 전기에너지로 변환하여 저장하는 신형 태양전지

전문가 제언: ○ 태양전지가 상업화 단계로 발전하고 있다. 고순도 실리콘 다이오드의 태양전지는 고가로 구하기 힘들고 제조과정에서 많은 에너지를 이미 소비하므로, 저가의 다공성 TiO2 재료에 흡착된 염료에 의해 광 에너지를 흡수하는 염료감응형 태양전지(DSSC)가 인기 속에 개발되고 있다.

○ DSSC는 가시광역으로의 넓은 광흡수 파장영역을 갖는 색소의 개발 및 사용 등으로 광전에너지의 변환효율도 10% 정도로 향상된 지 오래되었다. 에너지 변환효율 향상이 초기의 관심에 비해 부진한 가운데 이의 해결을 탄소나노튜브 재료의 높은 전도도를 이용한 전하 재결합 방지에서 찾으려는 연구와 정공수송재료(HTM)의 겔화에 의한 전 고체화, 염가의 ZnO에 의한 TiO2 대체를 위한 연구 등이 진행되고 있다.

○ 태양전지는 일광에 의존하여 근본적으로 균일한 출력이 어려운 단점이 있다. 분산전원시스템에서 사용자에게 에너지를 안정적으로 공급하기 위해 외부에 이차전지 등의 저장장치가 필요하므로, 최근에는 자체에 저장기능을 갖는 경제적인 일체형 전지의 연구가 진행되고 있다.

○ 에너지 저장형 DSSC(ES-DSSC)는 DSSC 외에 반전지의 전하축적 전지가 필요하다. 전하축적 전극은 우수한 전도성고분자 폴리피롤(PPy)을 스테인리스 망 위에 전해중합 시킨 것이다. 이 위에 코팅되어 Li 양이온으로 교환된 Nafion막으로 인하여 박막의 양이온 일체형 전하축적 전극이 완성된다. 음극용 PPy 막전극은 전하축적 전지 전해질인 음이온 도핑제 ClO4-의 PPy 매트릭스로의 확산에 의한 산화 및 환원으로 도핑, 탈도핑 되어 가역적 충방전을 일으키는 핵심역할을 한다. 전하축적 전극의 복수화로 축전용량이 증대된 경량의 콤팩트한 ES-DSSC가 시현되었다.

○ 이 글은 일본의 독립행정법인 신에너지·산업개발종합개발기구(NEDO)의 태양광발전시스템 미래기술 연구개발을 위한 일본 Tokyo 대학 선단과학기술 연구센터의 연구결과로 ES-DSSC의 기본 특성을 소개한 것이다. 향후 폴리피롤은 도핑, 탈도핑에 수반되는 산화환원 응답 특성이 리튬이온 이차전지의 양극 활물질로 개발되는 등 큰 공헌을 할 것이다.

저자: Yosuke Saito, Hiroshi Segawa
자료유형: 학술정보