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천연 광증감제를 기반으로 하는 색소증감 태양전지

전문가 제언: ○ 색소증감 태양전지는 자연에서 진행되는 광합성을 모방하여 탄생되었으나 1991년 Gratzel 등이 메조다공성의 산화티탄 광전극을 사용하여 색소증감 태양전지의 효율이 크게 향상되었다는 결과가 보고된 이후 색소증감 태양전지의 개발이 활발하게 진행되어 왔다.

○ 금속-유기배위자 존재 하에서 전하이동을 통하여 넓은 밴드 갭을 가지는 나노결정체 반도체와 결합된 된 증감제에 의해서 광 흡수와 하전분리과정이 분리된 상태에서 전지반응이 진행되므로 나노구조의 반도체 광전극은 양자효과에 의한 캐리어 수명 연장과 증가된 밴드갭에 의해 정공과 전자의 레독스 전위를 변화시켜 얻어진 결과이다.

○ 금속착체로 구성된 광전극은 환경보호란 관점에서 바람직하지 못하며 자연에서 진행되는 광합성을 모방하여 천연색소를 증감제로 하는 태양전지의 개발이 요구된다. 천연색소는 자연에서 저렴한 원가로 대량 획득이 가능하며 또 개질이 가능하여 다양한 종류의 천연발색단을 얻을 수 있다는 이점을 가진다. 본고에서는 천연색소를 이용하여 흡수된 색소로부터 여기된 전자를 만들고 전자수용체로 이산화탄소, 전자공여체로(I-/I3-), 광흡수와 전자수집 효율을 높이기 위한 다층구조의 광전극을 이용하는 천연색소 증감 태양전지의 구축에 관련된 최근의 연구결과를 보고하고 있는데 이 시점까지의 결과를 살펴볼 때 전지효율이 실용화하기에 너무 낮다는 문제점을 가지고 있다.

○ 색소증감 태양전지의 기능은 안료의 특성, 태양광의 세기와 스펙트럼, 이산화티탄 층의 두께, 활성층의 면적, 전해질용액의 특성 등에 의해 결정되는데 태양전지의 기능을 높이기 위해서는 빠른 하전의 방출과 수송 또 태양광 흡수의 강화를 위한 추가적인 연구가 필요하다. 특히 전자와 산화된 염료의 재결합을 억제하고 열린회로의 전압을 올려 전지기능을 향상시키기 위한 첨가제의 발굴과 천연색소의 산화에 의한 열화 문제 등이 앞으로 해결해야 할 과제로 생각된다.

저자: Monishka Rita Narayan
자료유형: 학술정보