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새로운 고효율 염료감응 태양전지의 개발

전문가 제언: ○ 신 재생에너지 기술 중 염료감응 태양전지(DSSC, 일명 ?색소증감 태양전지?)는 태양전지의 주도적 역할을 하고 있는데, 고가로 보급에 문제가 있는 실리콘 태양전지에 대한 대안으로도 개발되고 있다. DSSC는 1991년 스위스의 Graetzel 교수 등에 의해 약 7%의 에너지 변환효율이 보고됨에 따라 실용 가능성이 높아져 차세대 태양전지로 주목받았다. 이 전지는 실리콘 태양전지 원가의 약 1/3 이하가 될 것으로 전망된다.

○ DSSC는 실리콘 태양전지와 달리 작동온도가 변환효율에 영향을 적게 주고, 실내전등이나 흐린 날씨 등의 미약한 빛으로도 발전이 가능하다. 또 광흡수파장 조정에 따라 다양한 색채의 실내 인테리어, 건물의 유리창, 투명타일을 가능케 한다. 현재 900nm 흡수단의 Black Dye를 사용하여 약 10년의 내구성과 최고 약 11%의 변환효율이 실현되었다. 최근 수년간 변환효율의 향상이 보이지 않아 혁신적인 기술이 시도되고 있다.

○ 본문에서 저자인 일본의 산업기술종합연구소(AIST)의 H. Sugihara와 N. Onozawa- Komatsuzaki는 DSSC의 고효율화를 위한 염료 및 탠덤 기술개발에 대해 중점적으로 소개하였다. 간결하고 체계적인 설명은 많은 분들에게 도움이 될 것이다. 이들은 2008년 9월 터피리딘에 phenylene-ethynylene을 도입함으로써 공액길이를 증가시킨 Ru(II) 착체합성으로 Black Dye보다 큰 몰 흡광계수를 달성하였다. 동년 10월에도 Black Dye를 개선한 2-quinolinecarboxylate 배위자의 Ru(II) 착체로 근적외광 영역까지 흡수대를 넓혀 8.2%의 변환효율을 얻었다.

○ 염료는 DSSC뿐만 아니라 하이브리드 태양전지에서도 증감제 및 ZnO와의 블렌드로서 전자받게의 성공적 역할을 보였다. 금년 2월 AIST는 희귀성 염료인 Ru 착체를 사용하지 않고 태양광 AM1.5G 조사에서 이온성 액체 전해질을 사용한 7.6% 변환효율과 2000시간의 장기 내구성을 달성하였다. 최근 Graetzel 교수는 고체전해질 개발로 DSSC의 8.2% 변환효율을 달성했고, 미국 MIT는 태양 방향에 따라 움직일 필요가 없는 혁명적인 염가의 집광기술을 개발하였다. 하이브리드 및 유기고분자 태양전지의 급격한 진보로 DSSC와의 구분이 점점 없어지고 있다.

저자: Nobuko Onozawa-Komatsuzaki
자료유형: 학술정보