KIST, 염료감응형 광증폭형 태양전지 개발

[산업일보]
한국과학기술연구원 하이브리드재료연구센터 이현정 박사팀은 13일 광결정 구조를 이용, 빛을 증폭시켜 발전 효율을 높일 수 있는 염료감응형 광증폭형 태양전지를 개발했다고 14일 밝혔다.

기존의 염료감응형 태양전지가 감광염료로 코팅된 이산화티타늄(TiO2) 입자로 무질서하게 연결된 전극구조를 갖고 있는데 비해 이번에 개발된 기술은 광증폭 효과를 보이는 태양전지를 구현할 수 있게 된 것이다.

과거 소수의 연구 그룹에서 이러한 개념의 태양전지에 대한 이론적 메카니즘을 제시한 적은 있었다.

하지만 실험적으로 성공한 그룹은 없었으며 대부분 0.6% 이하의 매우 낮은 효율을 보였을 뿐이다.

기존의 그룹들의 광결정 구조는 대부분 이산화티타늄의 전구체를 이용한 솔-젤 반응 후 고온 소결 공정을 적용했다. 그러한 반응 중 부산물이 많이 생겨 대면적으로 조밀한 구조를 실험적으로 구현하기가 어렵기 때문이었다.

이현정 박사팀은 이번 연구에서 입자간 빈 공간을 효과적으로 채울 수 있는 나노미터 수준의 이산화티타늄 입자를 활용함으로써 조밀한 역오팔 구조의 광결정 물질을 제조했다.

광결정 구조를 이루는 고분자 희생입자의 크기를 조절함으로써 염료감응태양전지에서 활용되는 빛의 파장을 선택적으로 활용해 기존 연구결과에 비해 획기적으로 향상된 3.0~3.5%의 발전효율을 달성한 것이다.

금번 개발된 기술은 향후 광감응제의 흡수파장과 광결정구조의 희생입자 크기를 동시에 조절할 수 있게 됐다. 광감응제의 흡수효율을 증폭시켜 태양전지의 효율을 극대화하는 핵심 기술이 될 수 있을 것으로 전망된다.

또한 본 기술을 염료감응태양전지뿐만 아니라 다양한 구조의 태양전지에 접목함으로써 태양광을 보다 효과적으로 활용하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

이 박사의 이번 연구 성과는 KIST-세종대 간의 공동연구로 개발된 것이며, 신소재 분야의 최고 권위지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'지의 속 표지논문으로 지난 9일 게재된 바 있다.