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태양에너지 변환용 탄소나노구조의 기능성 단분자층

전문가 제언: ○ 기존의 고비용 실리콘 태양전지의 대체를 위한 다양한 박막 태양전지가 개발되고 있다. 현재까지 태양전지 연구에서는 효율향상을 위한 광활성층 재료와 내구성 향상 등이 주요 과제이다. 현재 중간변환효율(PCE)에도 실용화에 필수인 고가의 투명전도성 전극인 ITO나 백금전극, 루테늄 염료와 같은 얻기 힘든 재료의 대체가 도전이 되고 있다. 탄소전극에도 진공이 불필요한 롤투롤 연속 인쇄에 의한 생산비 저감이 필요하다.

○ 이 글에서 프랑스의 저자들은 탄소의 단분자층 나노구조를 이용한 저렴하고 양산이 가능한 태양전지의 전극과 활성층 사이의 선택성 전하수송층, 투명전극(대극 포함)의 최근 개발을 소개하고 있다. 이들은 유례없는 전자특성(고전도성, 투명성 등)을 가진 탄소의 3가지 동소체인 플러렌, 탄소나노튜브(CNT) 및 그래핀의 적용 예를 들어 체계적으로 설명하고 있다.

○ 2009년 6×6in 대면적 CNT 투명전극을 사용한 BHJ형 고분자 OPV는 ITO 전극 경우에 근접한 3%대 PCE를 보였다. 2010년 DSSC에서 CNT 대극의 6%대 PCE가 백금사용에 근접하였다. 2011년 그래핀 박막/ZnO 복합체 막의 저렴한 투명전극 사용 CdTe 태양전지의 PCE는 4.17%였다. 2011년 DSSC 대극의 스퍼터링 백금 대체용 그래핀구조가 종래에 비해 백금이 1/1000로 줄고 PCE(7.66%)는 종래의 8.16%에 가까웠다.

○ 최근 정부는 2,100억 원 규모의 그래핀 소재부품 상용화 기술개발사업을 추진하여 왔으나 산업화 연구에 더욱 과감한 지원이 필요하다. 국내 CNT 및 그래핀 연구는 세계 정상급이다. CNT에서 KAIST 김상욱, 성균관대 김영독, KIMM 임동찬 등의 연구는 일예이다. 그래핀의 합성연구로 성균관대의 홍병희, 이효영, (주)상보에 기술 이전한 KERI 이건웅의 습식 대량생산 기술, 산화그래핀 환원에 환경 친화적 고체상태의 이산화탄소를 이용한 울산과기대 백종범팀의 창의적 연구 등이 돋보인다.

○ 그래핀의 국내 태양전지 적용에는 성균관대 화합물반도체 태양전지 원천기술센터 정덕영 센터장의 CIGS 투명전극에 그래핀 이용 롤투롤 공정연구를 비롯한 많은 팀이 있다. 그래핀 태양전지 관련 특허가 2008년 4건에서 2011년 42건으로 크게 증가하여 우리를 안심시키고 있다.

저자: Galina V. Dubacheva et al
자료유형: 학술정보