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하이브리드 태양전지

전문가 제언: ○ 에너지 문제해결에는 무진장한 태양에너지를 활용하는 태양전지가 유망한 근본 대책의 하나이다. 태양전지 중 값싼 원료와 저가공비 면에서 가장 경쟁력 있는 기술의 하나인 염료감응 태양전지(DSSC)가 스위스의 Graetzel 교수에 의해 실용화 되어 큰 기대를 받았다. 그러나 현재 실험실 레벨에서 약 11%, 모듈에서 7% 수준에 머물러 다른 무기계 박막 태양전지의 눈부신 발전에 비해 기대에 부응하지 못한 감이 있었다.

○ 그러나 최근 구부리기 쉽고 가공하기 편한 유기/고분자 기술이 DSSC에 적용되어 TiO2 나노 크기 무기 반도체와 유기/고분자와의 하이브리드 태양전지로 발전하고 있다. 본문은 유/무기 반도체를 주로 한 정공수송 물질 등으로 액체전해질을 대체한 전고체화와, 고광흡수성 무기 나노결정이나 양자점에 의한 염료의 대체, 나노결정의 무기반도체와 반도체 고분자와의 블렌드에 의한 벌크헤테로접합 기술 등 여러 최신기술을 잘 정리하여 간결하게 설명하고 있다.

○ 특히 벌크헤테로접합기술은 아직 에너지변환효율은 낮으나, 블렌딩 된 벌크재질에서 무기 유기의 두 반도체 계면에서 여기자(exciton)가 분리되는 기술, 또한 이 분리의 핵심이 나노결정의 부피대비 높은 표면적이라는 기술의 실용적 발전 가능 범위가 궁금하다. 다층 탠덤(tandem)이 필요 없이 광흡수범위를 늘릴 수 있는 광 띠 간격의 가변성이 무기 나노입자들 크기에 달려 있는 이 기술의 무궁한 발전을 기대하고 싶다.

○ 2006년 미국 Los Alamos National Laboratory는 하나의 흡수광자가 기존기술인 하나의 여기전자 발생으로부터 2~3개의 여기전자를 발생하는 향상된 CdSe 나노결정 기술을 보고하였다. 2007년 미국 Rice대학은 네다리 양자점으로 기존 스핀 코팅법 양자점의 수배의 효율을 올린 나노결정 반도체 CdSe의 실용적 생산기술 개발을 보고하였다.

○ 2008년 1월 California 대학의 Zhang 교수 그룹은 질소 등을 TiO2 나노입자 박막에 첨가하여 전하이동 속도를 올리고, 염료 대신 가시광선을 다량 흡수하는 CdSe의 향상된 양자점 기술 적용도 보고했다. 태양전지의 이론적 에너지변환효율이 두 배로 되어 혁명적 발전이 기대된다.

저자: Serap Guenes et al
자료유형: 학술정보