염료감응형 태양전지의 상용화를 크게 앞당길 수 있는 기술이 개발됐다.
박태호 포스텍 화학공학과 교수와 박사과정 임종철, 통합과정 김태완씨 연구팀은 염료감응형 태양전지의 단점으로 지적돼 온 전자 재결합과 염료 재생성을 동시에 해결해 효율을 높인 기술을 개발했다. 이 기술은 휘어지는 기판에도 적용이 가능해 플렉시블 태양전지 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구결과는 에너지 분야 국제 권위지인 ‘에너지·환경과학(Energy & Environmental Science)’지 12월호 표지논문으로 소개됐다.
염료감응형 태양전지는 다른 태양전지와 달리 설비가 간편하고 응용방법도 다양해 경쟁적으로 연구되는 분야다. 하지만 태양전지가 만들어낸 전자가 원치 않는 반응으로 사라져버리는 ‘재결합 반응’과 염료가 전자를 만들어낸 다음 새로운 전자를 만들기 위해 재생돼야 하지만 빨리 재생되지 않는, 낮은 ‘재생성 반응’ 때문에 상용화되기 어렵다는 지적을 받아왔다.
연구팀은 이중결합을 가진 새로운 물질을 이용해 염료감응형 태양전지의 효율을 높이기 위해서 생성된 전자가 에너지 장벽을 넘어 전극으로 잘 이동할 수 있도록 하는 ‘사다리’역할을 하는 기술을 개발했다. 또 물질의 특성을 이용해 전해질로 사용되는 요오드 이온의 산화를 활성화시키면서 염료가 빠르게 재생, 환원 되도록 하는 기술을 내놨다. 지금까지 대부분의 기술들이 전자가 전극으로 이동하도록 하는 기술에만 치중해 염료의 재생성 속도는 해결하지 못했었다.
박 교수팀은 전자가 무사히 전극으로 이동하도록 하면서도 빠르게 염료가 재생되도록 하는 효과를 가지고 있다.
이 기술은 염료감응형 태양전지의 상용화를 크게 앞당길 뿐만 아니라 현상의 원리를 밝히는 과정에서 나노단위 염료나 전극의 계면에서 나타나는 전자의 이동현상을 규명, 다양한 광전자 연구 분야에도 응용될 것으로 기대된다.
박태호 교수는 “투명, 플렉시블 고효율 태양전지는 염료감응형 태양전지를 이용해 실생활에 쓰이는 유리소재와 전자기기에 응용해 무궁무진하게 활용할 수 있으며 특히 소형화가 가능해 주목 받는 기술”이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프런티어사업 ‘나노기반소프트일렉트로닉스연구단’의 지원으로 수행됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
