차세대 태양전지, 획기적 성능향상 열쇠 찾다

[산업일보]
차세대 태양전지인 염료감응형 태양전지의 효율을 크게 높일 수 있는 방법이 국내연구진에 의해 개발됐다.

윤순길 교수(충남대, 52세)와 동탄퉁(Thanh-Tung Duong) 석사과정생이 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 오세정)이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구)의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 재료분야의 권위 있는 학술지인 ‘Advanced Materials(IF: 10.857)'지에 온라인 속보(11월 7일)로 게재됐다.

윤 교수 연구팀은 상온에서 탄소나노튜브에 연구팀의 독창적인 방법(NCD*)으로 나노복합체를 형성하여 태양전지의 전기화학적 성능을 획기적으로 향상(3배 이상)시켰다.

염료감응형 태양전지는 식물의 광합성 원리를 응용한 태양전지로, 실리콘 기반의 기존에 상용하는 태양전지와 비교하여 효율이 높고 제작이 간단하면서 경제적이며, 투명하게 제작할 수 있어 건물의 유리창 등에 직접 활용할 수 있는 차세대 태양전지로서 전 세계 연구자들의 주목을 받고 있다.

이와 같은 염료감응형 태양전지는 박막 증착공정 중에서는 화학증착법(CVD)이 가장 우수한 제조방법이지만, 박막을 증착할 때 고온(섭씨 200도씨 이상)이 필요하고, 섬유나 종이와 같은 곳에는 증착할 수 없는 단점이 있었다.

하지만, 연구팀의 NCD를 이용하면 CVD의 장점에 저온(상온)에서도 증착할 수 있어 다양한 재료에 자유자재로 적용할 수 있다.

그동안, 전 세계 연구자들은 나노복합체를 이용해 광 전기화학의 성능향상을 위해 꾸준히 연구해왔지만 약 30%의 효율에 그쳤으나, 이번 연구로 탄소나노튜브에 NCD법으로 나노복합체(산화티타늄과 산화인듐주석)를 적층하여 효율을 70%까지 획기적으로 향상시키는데 성공했다.

윤순길 교수는 “이번 연구결과는 염료감응형 태양전지에 활용되어 에너지 생산효율을 크게 높일 뿐만 아니라 광 촉매제로도 사용되어 물로부터 수소와 산소를 생산하는 효율을 극대화할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.