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광기전력 변환을 위한 나노재료

전문가 제언: ○ 원유가가 배럴당 US$ 120를 넘고 US$ 200도 될 수 있다는 에너지 위기는 원료 값이 필요 없는 태양전지, 그 중에서도 가장 경제성 있는 염료감응태양전지(DSSC) 연구를 인기 있게 하고 있다. 11% 근처 에너지변환효율의 DSSC는 차세대 기술까지 보여 유망하지만 휘발성 전해질 대체에 따른 문제 등으로 발전용 상업화에는 시간이 걸릴 것 같다.

○ 휴대기기용에는 적은 전력을 필요로 하므로 에너지 변환효율이 5% 정도로 낮아도 가격 경쟁력이 있으면 적용될 수 있어 상용시장이 열리고 있다. 일본 Peccel사를 비롯한 3개사의 협력이 TiO2 페이스트의 저온에서의 코팅과 소결에 의한 염가의 상용 플라스틱을 기판으로 한 구부릴 수 있는 대면적 DSSC의 2009년 양산을 공표한 것이 한 예이다. 휘발성 전해질을 가진 이 방식을 유기태양전지가 대체하려 하고 있다.

○ 유기태양전지에는 현재 주개 반도체고분자 속에 분산된 받개 무기 나노재료로 구성되는 나노복합재를 사용하는 벌크헤테로 접합방식이 많이 선호된다. 스핀코팅이 가능하여 대면적 생산에서 유리하다. 나노재료의 큰 비표면적 덕분에 고분자와의 큰 계면 면적은 전하분리에 유리하고, 풀러렌과 같은 고전도성 받개는 전하수송을 향상시킨다. 분리된 전하의 낮은 수송효율이 유기태양전지의 저변환 효율에 큰 원인이었다.

○ 유기 태양전지에서 단일 셀로 가장 높은 변환효율은 Poly(3-HexylThio phene)(P3HT)/Phenyl-C61-Butyric acid Methylester(PCBM) 구조의 4.4~5.0%로 보고되었다. 작은 띠 간격을 갖는 주개 역할의 함금속 고분자와 받개 역할의 특수 풀러렌 유도체계의 4.1% 변환효율이 발표되고, 이광희 교수 등의 탠덤전지는 세계 최고 변환효율 6.5%를 보고하였다.

○ 본문은 벌크헤테로 접합형 유기 태양전지의 받개에서 PCBM의 고가 문제를 해결하기 위해 풀러렌이나 TiO2의 나노무기질, 금속 은 입자를 직접 사용하는 방법을 보여주고 있다. 주개 반도체 고분자인 PolyPhenylene Vinylene(PPV)계의 MEH-PPV과 받개 나노무기질을 동시에 녹이는 용매가 없어 각각 최적 용매 사용 시의 장점이 강조되었다. 유기태양전지 에서 구조가 특성에 미치는 영향에 대한 설명은 큰 도움이 된다.

저자: J. Davenas, A. Ltaief, V. Barlier, G. Boiteux, A. Bouazizi
자료유형: 학술정보