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PAN-VA 공중합체 겔-전해질 사용 고효율 염료감응태양전지 제조

전문가 제언: ○ 염료감응태양전지(DSSC)는 90년대 초 실용적 수준으로 발명된 후 고가 실리카 태양전지의 대안으로 주목을 받아 호주 및 한국을 비롯한 여러 나라에서 연구가 활발하다. DSSC는 기능분리에 의한 염가재료 및 저렴한 공정비용으로 실리콘 태양전지 가격의 약 1/3, 10년 정도 수명 확인 그리고 옆광이나 적은 일광량에도 발전이 가능한 장점이 있다. 현재 변환효율은 실리콘 태양전지 효율보다 낮고 액체 전해질의 누설이나 용매 휘발성의 문제로 본격적인 실용화에는 이르지 못하고 있다.

○ 요오드계 산화/환원 쌍을 가진 액체 전해질은 염료 Z-907 사용 시 최고효율 11%를 보이지만 상기의 단점에 세 부류의 대책이 연구되고 있다. ①준 고체상의 고분자겔 전해질(PGE), ②전해질을 사용하지 않는 유무기의 정공전도체(HTM), ③나노 광전극 동공침투에 효과적인 이온성액체 사용이 있다. PGE는 이온전도도, 열안정성, 나노구조 광전극과의 접촉성 등이 우수하며 PVDF-HFP 등의 고분자 겔화제가 사용된다. 여러 기술로 보완된 PGE는 현재 효율 7.4%가 최고 기록이다.

○ 이 글은 PGE에서 상용 용매에 불용성인 PAN 대신에 아크릴로니트릴-초산비닐 공중합체(PAN-VA)를 용매 MPN계 액체 전해질의 겔화제로 사용하여 효율 8.34%의 겔-상 DSSC의 최고효율 달성 기술을 소개하고 있다. 이 공중합체에서 VA분절은 MPN 내 이 공중합체의 용해를 돕고 AN분절은 겔-상 제조에 기계적 강도를 제공한다. 한편 AN분절은 양이온에 대한 용매화 능력이 높아 전해질 내 두 요오드화물의 해리를 향상시켜 액-상 전해질과 비슷한 전도도를 갖게 해준다.

○ 한국은 DSSC 개발에서 선진국에 속한다. 국내 최다 특허보유의 ETRI, KIST에선 박남규(현 성균관대 교수)의 2007년 11% 최고효율 달성과 2009년 가시광 전 영역의 빛 흡수 가능한 여러 색상 염료의 수직배열기술 발표, KIER, KERI, 고려대, GIST 등의 활약이 우열을 가릴 수 없을 정도로 눈부시다. 2007년과 2008년 완료된 KIER 전명석의 “고체전해질 염료감응형 태양전지개발”(II, III)은 큰 업적이다. 산업체에선 코오롱, 삼성SDI, 우리솔라, 다이솔티모, 선테크 및 일진소재산업, 이건창호 등이 활약하고 정부의 녹색성장 기술지원 국책과제가 큰 도움을 주고 있다.

저자: Ching-Lun Chen et al
자료유형: 학술정보