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염료감응 태양전지의 최근 발전: 빛 양극, 감광제와 전해질에서 대향전극까지

전문가 제언: ○ 에너지의 수요는 계속 증가하므로 화석 연료를 대체할 신재생 에너지중에서 염료감응 태양전지는 가볍고, 휘어질 수 있고, 제조공정이 간단하여 제조 가격이 낮고, 여러 조사 조건에서 우수한 특성을 나타내어 매우 매력적인 가능성을 보여주고 있다. 염료감응 태양전지는 전형적으로 전도성 기판위에 성장시킨 수 마이크론 두께의 반도체 (TiO2, ZnO와 SnO2)박막인 빛 양극, 감광제 (염료), 감광제와 대향전극사이에 주입된 전해질과 전도성 기판위에 증착된 카운터전극 (Pt, 카본)로 구성되어 있다.

○ 효율적인 빛 양극을 개발하기 위하여 다양한 제조방법, 이온을 도핑, 귀금속 처리, 산화물로 표면 처리, 변환재료 코팅 등을 연구하였다. 감광제의 성능을 향상시키기 위하여 루테늄, 유기 그리고 포피린 염료들과 양자점과 페로브스카이트 계통의 감광제를 개발하였다. 전해질은 액체상과 유사 고체상의 전해질과 고체상의 정공 이동 전도체 등을 개발하였다. 귀금속 위주의 대향 전극은 탄소 재료, 무기물 재료, 전도성 고분자와 복합 재료로 대체하고자 하는 연구개발이 진행되고 있다.

○ 실리콘 태양전지가 제품화되어 주로 활용되고 있으나, 제조 가격이 저렴하면서 전력변환 효율이 좋은 새로운 형태의 태양전지 개발을 위해 국내의 대학 및 연구소에서 매우 다양하게 진행되고 있으나, 염료감응 태양전지에 대한 연구개발은 미진한 편이다. 염료감응 태양전지의 근간을 이루고 있는 4개의 핵심 부품에 대하여 획기적인 재료 개발과 효율적인 태양전지 설계가 이루어져 제품에 실제로 적용되었으면 한다.

○ 염료감응 태양전지는 가격과 제조 공정 면에서 다른 형태의 태양전지보다 유리한 이점을 갖고 있으므로 빛 양극, 감광제, 전해질과 대향 전극의 성능을 향상시키기 위한 재료 개발이 좀 더 체계적으로 진행되어 전력변환 효율이 20% 이상을 달성하게 되면 가까운 장래에 태양전지로 적용 가능할 것으로 예측된다.

저자: Meidan Ye, Xiaoru Wen, Mengye Wang, James Iocozzia, Nan Zhang, Changjian Lin and Zhiqun Lin
자료유형: 학술정보