색소와 반도체 계면에서의 광여기 전자 동역학

전문가 제언

○ 여러 태양전지 중 Graetzel 전지 또는 염료감응 태양전지(일명 색소증감 태양전지: DSSC)가 유망 시 되고 있다. 경제성은 현재 주류의 태양전지인 실리콘 태양전지 제조비의 약 1/2 이하이고, 변환효율은 실험실에서 약 11%에 달하고 있으나, 최근 변환효율 향상을 위한 혁신적인 재료기술들이 속속 출현하고 있다.

○ 현재의 재료를 기반으로 한 구조의 DSSC의 성능확인과 신뢰성 확립을 위한 이론적 연구도 필수적이다. 이는 귀중한 실험데이터와의 비교연구로 향후의 발전에 귀중한 밑거름이 될 것이다. 2006년 Graetzel 교수 등은 DSSC 내 전자이동의 각 반응 즉 전자주입반응, 색소 재생반응 등의 여러 반응과 이들 각 반응 시의 부반응과의 비의 총 합이 태양전지가 색소 수명(예: 옥외 20년)에 도달하면 색소의 총 반복 사이클 수의 역수가 됨을 도출하였다. 이를 반응속도 상 색소의 장기 안정성을 위한 중요한 선정기준으로 삼았다.

○ 본문은 DSSC에서 색소-TiO2 계면의 전자이동 동역학을 시간 분해 시뮬레이션에 의한 실시간적 연구와 실제 실험 데이터와의 비교에 의해 시뮬레이션의 유효성을 보고하고 있다. 색소에는 전이금속/리간드 대신 순수 유기계 알리자린이 사용되었다.

○ 분자-고상물질 계면을 통한 전자이동 동역학 연구는 펨토초 수준의 초고속 전자주입 속도와 관련 파라미터가 복잡하여 그 과정 연구가 어려웠다. 이에는 계면의 두 성분인 색소분자와 반도체가 각각 다른 학문분야에 소속되어 화학자와 물리학자 사이의 근본적인 연구방법과 시각이 다른 데에도 연유함이 컸다. 계면에서의 전자이동의 동역학을 객관적 시뮬레이션으로 접근하는 연구가 최근 증가하여 주관을 떠나 반응을 실시간으로 이해할 수 있어 화학자들에게 큰 도움이 되고 있다.

○ 국내 DSSC 연구로는 2006년 삼성 SDI의 강문성 박사팀의 가교 폴리에틸렌글리콜 전해질 기반의 DSSC 연구, 한국과학기술원 박남규 박사팀의 2006년 유기태양전지 고효율화 기술개발, 2007년 광주과학기술원 이광희 교수팀의 전지 탠덤화 연구 등 업적이 많아 미래가 밝아 보인다.

저자

Prezhdo, OV; Duncant, WR; Prezhdo, VV; AF Prezhdo, Oleg V.; Duncant, Walter R.; Prezhdo, Victor V.

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2008

권(호)

41(2)

잡지명

ACCOUNTS OF CHEMICAL RESEARCH

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

339~348

분석자

변*호

분석물

• 색소와 반도체 계면에서의 광여기 전자 동역학.pdf [234,966 byte]

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