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기능성 재료의 염료감응 태양전지용 대극 촉매 응용

전문가 제언: ○ 현재 여러 태양전지 기술이 경합되고 있다. 염료감응 태양전지(DSSC)는 주류 기술인 실리콘 태양전지 비용의 1/2 이하인 경제성으로 주목을 받았다. DSSC는 최근 전지 탠덤화에 의한 적외광까지의 흡수로 11% 변환효율의 달성, 무기반도체의 나노결정/양자점에 의한 염료대체 및 고효율화가 가시적이다. 한 광자에서 복수 전자가 여기되며, TiO2에 질소첨가는 흡수대역을 가시광선으로 넓혀 염료 대체를 가능케 한다.

○ 대극(CE)은 기판에 촉매를 입힌 것으로 DSSC의 CE는 현재 백금촉매 사용으로 고가이고, 성능은 액체 전해질 내 삼요오드화물 이온을 요오드화물 이온으로 환원시키는 핵심기능이다. 유리창문의 발전용이나 금속박이 지지체 역할을 하는 CE는 투명해야 되므로 현재 백금촉매와 기판으로 인듐 또는 플루오르 첨가 주석 산화물(ITO나 FTO)이 코팅된 유리가 사용된다. 최근 이 유리 기판을 플라스틱의 PEN 필름으로 대체한 최고 7.2%의 변환효율이 나타나 유비쿼터스용 DSSC 시대를 열고 있다.

○ 본문은 M.Graetzel 교수 그룹이 CE의 비싼 백금 대체용 염가 촉매를 기판과 연계하여 연구한 귀중한 내용의 소개이다. CE 기판으로 스테인리스스틸, 투명전도성유리, PEN의 플라스틱 필름이 검토되었다. 촉매로는 백금, 고표면적의 다공성 카본블랙, 탄소나노튜브, 전도성고분자 등이 연구되었다. 비싼 기판인 FTO-glass를 스테인리스로 대체한 카본블랙 촉매 사용은 같은 변환효율 9% 정도를 보였다. 금후 대면적용으로 탄소나노 튜브재료에 고표면적의 카본블랙이 염가 촉매로 기대된다.

○ 국내 DSSC 연구는 여러 연구기관에서 행해지고 있다. 한국과학기술원 박남규 박사팀에 의한 2006년 유기태양전지 고효율화 기술개발, 2007년 미국 대학과 함께 광주과학기술원 이광희 교수팀의 전지 탠덤화에 의한 세계 최고 변환효율 6.5%의 달성 등은 세계 최고 수준급이므로 연속적인 연구를 위한 국가적 적극 지원이 필요하다. 2005년부터 유비쿼터스용을 개발해온 한국전자통신연구원은 전도성 유리기판 DSSC 제조기술 이전을 추진 중이다. 산업체의 연구 활동은 별로 보이지 않는다.

저자: Takurou N. Murakami et al
자료유형: 학술정보