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규소를 이용한 신규 색소증감 태양전지의 설계

전문가 제언: ○ 석유 고갈과 지구 온난화 등에 대처하고 화석연료에 의존에서 탈피하는 방법으로 자연계의 풍부한 에너지를 활용하는 태양전지는 부수되는 사회적인 문제점이 적고 장래에 발전이 가장 유망한 에너지원으로 간주되고 있다. 현재 실용화되어 이용되는 결정 실리콘 태양전지와 더불어 유기계 태양전지의 하나인 색소증감 태양전지도 실용화될 전망이다.

○ 색소증감 태양전지의 증감색소는 광전변환에 있어 중심적인 역할을 담당하고 있으며 새로운 증감색소를 개발로 광전변환효율을 개선을 할 수 있다. 규소는 원소 특성상 무기화합물 및 유기화합물과 광범위한 규소 화합물군을 형성하고 있으며 알콕시기나 실라놀 부위를 가진 규소색소를 색소증감 태양전지의 증감색소로 이용할 경우 Ti-O-Si 결합이 형성되어 이산화티탄 전극 표면에 색소를 효과적으로 고정할 수 있을 것이다.

○ 본고는 규소치환기 도입으로 공액을 신장시켜서 가시광 영역에서 높은 흡광계수를 가진 아조색소와 알콕시실릴기 또는 실라놀 부위를 이산화티탄 전극에 도입하는 방법으로 높은 피복성을 가진 규소계 아조색소를 설계, 합성하고 이를 사용하는 색소증감 태양전지를 시험 제작하여 효율을 평가한 것이다.

○ 함규소계 색소들은 태양전지에서 증감 효과가 관측되고 TiO2 전극 표면과 색소와의 Ti-O-Si 결합을 매개로 광여기 색소로부터 TiO2 전극으로 전자이동이 일어나는 것을 확인하였다. 또한 실라놀기에 의한 TiO2 표면과의 결합은 카르복실기 결합과 비교해서 더욱 강하다는 것이 확인되었다.

○ 금후에도 분자 설계에 기반을 둔 함규소 색소의 합성을 통해 고효율의 태양광-전기에너지 변환이 실현될 것으로 기대되며 색소증감에 대한 전반적인 설계 지침을 제시하기 위한 연구가 요망된다.

저자: Masafumi Unno, Minoru Hanaya
자료유형: 학술정보