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염료감응 태양전지 재료계면에서의 전자주입 및 수송의 제어

전문가 제언: ○ 신재생에너지 기술 중 태양전지 기술이 점차로 화석연료를 대체하는 주도 기술의 하나로 인정받고 있다. 원가가 높은 실리콘 기반의 태양전지 대체기술로 염료감응태양전지(DSSC)가 인기를 끌고 있으나 아직 변환효율이 11% 정도에 머물고 있어 기술혁신을 위한 연구가 활발하다.

○ 현재 DSSC의 기술개발에는 휘발성 액체 전해질 문제 개선을 위한 상온 이온성 액체 등을 이용한 의사고상 DSSC, 태양광 흡수 스펙트럼의 영역을 넓히기 위한 탠덤형 DSSC 및 새로운 염료가 연구되고 있다. 이외에도 전자주입 및 전자수송을 위한 1차원 나노크기의 금속산화물 개발을 비롯한 많은 연구가 진행되고 있으나 기술 돌파 전망이 어두웠다.

○ 본문에서 Singapore 국립대학의 저자들은 DSSC의 시장 진입을 위하여 근본적인 재료들 계면에서의 전자주입 및 수송을 제어하는 인자들에 관한 근본적 지식을 체계적으로 설명하고 있다. 나노와이어와 같은 1차원 금속산화물은 제어된 단일방향의 전자통로가 되므로 전하재결합을 막는 전자수송의 재료가 될 것이다. 염료 로딩의 증량 및 전자수송의 신속성에도 불구하고 이들의 성능은 아직 최고에 이르지 못하였다.

○ 1차원 나노재료의 직경 등이 전자수송 제어의 주 인자임을 밝혀냈다. DSSC 재료가 많아짐에 따라 셀 설계의 확대 및 생산비 제어가 어려워질 수 있다. 코어 셸과 같은 다기능 재료의 계면 개발에 의한 DSSC 성능 및 셀 설계 복잡성을 줄이는 상업적 생존가능성 극대화에 연구가 집중되고 있다.

○ DSSC 기술을 한국이 살리고 있다. 2009년 6월 28일 영국의 Nature Materials지는 한국과학기술연구원(KIST) 박남규 박사팀의 가시광 전체 영역흡수가 가능한 DSSC 기술을 게재하였다. 이 팀은 노랑, 빨강, 초록 등 서로 다른 색상의 염료를 선택적으로 수직 배열하여 전색 흡수에 성공하여 광전변환효율의 획기적 향상이 기대된다. 2009년 4월 9일 Advanced Functional Material지는 KIST 이현정 박사팀의 광증폭형 DSSC 기술개발을 속표지 논문으로 게재하였다. 이는 광결정을 이용하여 특정파장의 빛을 선택적으로 가두어 광전변환효율을 크게 향상시킬 수 있다.

저자: V.Thavasi et al
자료유형: 학술정보