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염료감응 태양전지와 플라스틱화 개발동향

전문가 제언: ○ 현재까지 태양전지 시장을 주도하여온 실리콘 태양전지는 실리콘 웨이퍼 수급과 고가 공정에 의한 높은 가격으로 새로운 태양전지를 찾게 하였다. 직접 천이형 반도체에 의한 고효율 태양전지가 유망하나 III-V족 GaAs계 태양전지는 최고 효율을 보이지만 너무 고가이어서 태양광의 1000배 집광기의 사용에도 일반 시장에서의 경쟁력은 힘들다.

○ 화합물 반도체 중 II-VI족의 Cd-Te, CIS, CIGS계 태양전지는 10% 초과의 효율을 확보한 모듈의 인라인 자동화 개발 단계에서 원가절감과 공정개선에 몰두하고 있다. 특히 최고 효율로 인정받는 CIGS계는 12%의 모듈 효율을 가지고 연간 생산능력 1MW 이상의 회사만 세계적으로 21개사나 되어 다음 10년대에는 연간 생산능력 1GW가 예상된다.

○ 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized solar Cell: DSC)는 비교적 염가인 나노 다공성 산화티타늄 반도체에 흡착된 염료에 의한 태양광 흡수로 경제성 있는 태양전지를 예고하여 높은 인기를 누리고 현재 소형 셀에서 박막실리콘 태양전지의 효율을 능가하는 11%대의 최고 변환효율을 달성하고 있다. 그러나 유연성 요구와 유기용매 전해액 사용으로 습식에 의한 가연성과 누액 시의 성능저하 등의 단점이 있어 왔다.

○ 최근의 DSC 기술발전은 놀라워 본문의 저자인 일본 Toin 대학 교수인 M. Tsutomu 등은 대기 중에서 전극에 일회 도포와 150℃ 이하의 건조로 전지 생산이 가능한 산화티타늄 페이스트의 개발로 투명전극에 유리대신 염가의 PEN 필름을 사용할 수 있게 하였다. 이 덕분에 유연성과 roll to roll식 연속생산이 가능하게 되었다. 또한 전해액 대신 단일벽 탄소나노튜브와 전도성 고분자인 폴리아닐린과의 복합재료와 요오드화 이미다졸륨의 이온성 액체와의 혼합물을 정공수송재로 이용하였다.

○ 요오드화 이미다졸륨의 이온성 액체는 산화티타늄 전극의 나노크기 동공 내로 침투하여 밀접한 접촉을 이루고 전도성 고분자는 정공 이동시 역 전자이동을 억제하는 정류역할을 한다. 백금 촉매가 대극 기판에 필요 없고 소형 셀에서 플라스틱 DSC의 고체화를 이룬 쾌거를 보였다.

저자: Miyasaka Tsutomu
자료유형: 학술정보