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계면공학원리 이용한 염료감응 태양전지 성능향상 전략

전문가 제언: ○ 태양전지 시장을 지배하는 결정질 실리콘 태양전지는 고비용에 따른 보급 한계로 인해 경제적인 다양한 태양전지가 개발되고 있다. 재료비와 제법에서 경쟁력 있는 염료감응 태양전지(DSC)는 실용화에 근접한 변환효율 11%대에 이르고 있다. 2013년경 본격적인 상업화가 기대되는 응용은 건물일체형(BIPV) 및 휴대기기 전원용이다. 상용화에는 안전성과 장기 신뢰성 향상을 위해 액체전해질의 (준)고체화로의 대체가 시급하다. 이를 위해 비휘발성 및 난연성 그리고 전도도 등이 우수한 이온성 액체나 고분자 반도체 사용 (준)고체상 DSC 연구가 활발하다.

○ 이 글은 (준)고체상 DSC 내의 이종접합계면에서 전자 재결합을 억제하여 전자의 단일방향 흐름을 위한 전략으로 계면분자공학원리를 적용한 기술을 소개하고 있다. DSC 성능을 좌우하는 FTO/TiO2, TiO2/염료, 염료/전해질(또는 정공도체) 그리고 전해질/대극 사이의 4개의 중요한 이종접합계면이 있다. 이들에 적용되는 저자들의 귀중한 개발 기술에는 전해질과의 전자 재결합 억제용 Nb2O5 차단층, 고분자 정공도체 PEDOT 단량체의 셀 내에서 TiO2 내로 침투 후의 광중합, PEDOT용 유기염료 이용 하이브리드염료, FTO상 Pt 촉매의 PEDOT로의 대체 등이 있다.

○ 국내 DSSC 기술은 일본에 이어 세계의 상위권이다. 국내 DSSC 연구의 원조 KIST의 박남규 박사는 2007년 변환효율 11% 초과달성 후 관련기술을 (주)동진쎄미켐에 이전하였다. DSSC 관련 최다 특허를 보유한 ETRI는 2008년 (주)상보에 기술이전하고 2006년 광주과학기술원(GIST) 김석순 등은 DSSC 대극에 Pt와 NiO의 두 나노상 도입에 의한 성능향상을 보고하여 30회 이상 인용되었다. KERI의 100×100㎜ CNT 대극 이용 모듈개발, 고려대의 준고체 전해질 이용 7.31% 효율달성, 이외에도 코오롱그룹, 이건창호, 삼성그룹 등 많은 기업과 대학의 활동이 활발하다.

○ 정부도 2008년 “고신뢰성 염료감응 태양전지 모듈 제조 및 상용화 기술개발”(동진쎄미켐 및 여러 회사), 2009년 “Flexible 및 non-flexible 가능한 대면적 DSSC의 효율향상을 위한 핵심기술과 제조시스템 개발” (SNOGEN 및 동아컴텍) 등에 지원하고 있다. 비정질 실리콘 태양전지의 효율을 능가한 DSC의 조기 상용화를 위한 적극적 유인책이 필요하다.

저자: Jiangbin Xia et al
자료유형: 학술정보