염료를 만난 태양빛, 전기로 부활
실리콘보다 효율 낮지만 제조비용 대폭 절감
흐린날ㆍ실내서도 발전 가능… 응용분야 다양
기후변화위기에 대한 세계적 공감대가 형성되고 있는 가운데 기존 화석연료 기반의 에너지 대신 태양, 바람, 물 등 청정자연을 이용한 재생에너지에 대한 수요가 갈수록 높아지고 있습니다. 특히 태양광에너지에 대한 세계 각국의 기술개발과 상업화가 최근 몇 년 사이 몰라보게 발전하고 있습니다. 한 시간 동안 지구에 전달되는 태양에너지를 손실없이 100% 이용할 수 있다면, 이는 인류가 1년동안 사용할 수 있는 전기를 만들어낼 수 있는 양이라고 할만큼 태양은 막대한 에너지를 보유하고 있습니다. 태양광을 전기로 바꿔주는 태양전지는 지금까지 대부분 실리콘반도체를 이용한 것이었지만, 최근 실리콘을 전혀 사용하지 않고 특정 천연염료를 사용해 햇빛을 전기로 바꿔주는 `염료감응형 태양전지'에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 염료감응 태양전지는 비록 태양광을 전기로 바꿔주는 효율이 결정질 실리콘계 태양전지보다는 절반 수준에 불과하지만, 제조비용을 5분의1 이하 수준으로 낮출 수 있다는 장점이 있어 많은 기업들이 상업화를 준비하고 있습니다.
◇염료감응 태양전지란= 염료감응 태양전지는 1991년 스위스 로잔공대(EPFL) 화학과의 미카엘 그라첼(Michael Gratzel) 교수가 처음 개발에 성공, 미국 네이처지에 소개되면서 알려졌습니다. 염료감응 태양전지가 햇빛을 전기로 바꿔주는 원리는 이렇습니다. 우선 염료감응 태양전지는 투명전극필름을 부착한 두 유리기판 사이에 특정 염료를 흡착한 나노입자와 전해질을 채운 간단한 구조로 돼 있습니다. 유리기판을 통과한 태양광은 염료와 만나는데, 이 때 염료는 전자(-)를 배출합니다. 배출된 전자는 나노입자(전공+)를 따라 투명전극필름으로 흐르게 되는데, 이것이 전기를 만들게 되는 것입니다. 염료로는 일반 포도즙 등 과즙을 사용해도 되고, 다양한 유기물질이 사용되고 있습니다만, 전자를 더욱 많이 배출하도록 특정 금속화합물을 사용하기도 합니다. 나노입자로는 주로 이산화티타늄(TiO2)이 사용됩니다. 전해질은 전자를 배출한 염료에 다시 전자를 생성시켜주는 역할을 담당합니다.
◇염료감응 태양전지의 특성= 염료감응 태양전지는 간단한 구조로 인해 기존 실리콘계 태양전지보다 제조공정이 간편한 편입니다. 보통 결정질 실리콘 태양전지의 가격은 와트당 2.5달러 선인데, 염료감응 태양전지는 와트당 1달러 이하로 제작할 수 있다고 산업계 전문가들은 말하고 있습니다. 다만 태양광에너지를 전기로 얼마나 많이 바꿔주느냐는 효율면에선 상업용 결정질실리콘 태양전지가 약 14∼17% 수준인 반면, 상업용 염료감응 태양전지는아직 약 4∼7% 수준에 그치고 있습니다. 그러나 실리콘 태양전지가 맑은 날에만 주로 발전이 가능한 반면, 염료감응 태양전지는 흐린날이나 실내 등에서도 발전이 가능하다는 장점을 지니고 있습니다. 특히 가시광선을 통과시키는 투명한 성질과 염료에 따른 다양한 색깔을 표현할 수 있다는 점에서 건물이나 자동차, 생활용품 등의 유리 대용으로 사용할 수 있는 등 응용분야가 다양하다는 특징을 갖고 있습니다. 게다가 구부릴 수 있는 유연한(플렉서블) 제품으로도 상용화가 가능해 의류, 가구 등 다양한 제품에 부착해 전기를 만들어낼 수 있다는 장점도 지니고 있습니다.
◇산업계 개발동향과 시장전망= 염료감응 태양전지의 상용화 추진은 현재 각국에서 활발히 진행 중입니다. 유럽은 독일 프라운호퍼 연구소, 솔라로닉스, ECN을 중심으로, 미국은 코나카(Konarka), 듀폰, GE를 중심으로 진행 중입니다. 현재 염료감응 전지의 창시자인 그라첼 교수가 고문으로 있는 호주의 다이솔(Dyesol)사가 주도적으로 상용화를 진행하고 있습니다. 아시아에선 일본 기술이 가장 앞서 있으며, 2010년 이내 상용화할 것으로 예상됩니다. 국내에선 티모테크놀로지가 호주 다이솔과 합작해 설립한 다이솔-티모가 연내 상업생산 설비를 갖출 계획이고, 지난해 8월 한국전자통신연구원(ETRI)으로부터 `플렉서블 염료감응 태양전지 기술'을 이전받은 상보가 상용화를 추진중입니다. 또 이건창호가 작년 시제품 개발에 성공했고, 한국과학기술연구원(KIST)과 공동개발하고 있는 동진세미켐, 우리솔라 등도 상업화를 준비중입니다. 염료감응 태양전지의 향후 시장 전망은 조사업체에 따라 편차가 크지만, 일본 후지연구소의 2007년 보고서에 따르면 세계 시장 규모는 오는 2010년 약 1760억원, 2015년 약 2조600억원으로 추산됩니다.
실리콘보다 효율 낮지만 제조비용 대폭 절감
흐린날ㆍ실내서도 발전 가능… 응용분야 다양
기후변화위기에 대한 세계적 공감대가 형성되고 있는 가운데 기존 화석연료 기반의 에너지 대신 태양, 바람, 물 등 청정자연을 이용한 재생에너지에 대한 수요가 갈수록 높아지고 있습니다. 특히 태양광에너지에 대한 세계 각국의 기술개발과 상업화가 최근 몇 년 사이 몰라보게 발전하고 있습니다. 한 시간 동안 지구에 전달되는 태양에너지를 손실없이 100% 이용할 수 있다면, 이는 인류가 1년동안 사용할 수 있는 전기를 만들어낼 수 있는 양이라고 할만큼 태양은 막대한 에너지를 보유하고 있습니다. 태양광을 전기로 바꿔주는 태양전지는 지금까지 대부분 실리콘반도체를 이용한 것이었지만, 최근 실리콘을 전혀 사용하지 않고 특정 천연염료를 사용해 햇빛을 전기로 바꿔주는 `염료감응형 태양전지'에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 염료감응 태양전지는 비록 태양광을 전기로 바꿔주는 효율이 결정질 실리콘계 태양전지보다는 절반 수준에 불과하지만, 제조비용을 5분의1 이하 수준으로 낮출 수 있다는 장점이 있어 많은 기업들이 상업화를 준비하고 있습니다.
◇염료감응 태양전지란= 염료감응 태양전지는 1991년 스위스 로잔공대(EPFL) 화학과의 미카엘 그라첼(Michael Gratzel) 교수가 처음 개발에 성공, 미국 네이처지에 소개되면서 알려졌습니다. 염료감응 태양전지가 햇빛을 전기로 바꿔주는 원리는 이렇습니다. 우선 염료감응 태양전지는 투명전극필름을 부착한 두 유리기판 사이에 특정 염료를 흡착한 나노입자와 전해질을 채운 간단한 구조로 돼 있습니다. 유리기판을 통과한 태양광은 염료와 만나는데, 이 때 염료는 전자(-)를 배출합니다. 배출된 전자는 나노입자(전공+)를 따라 투명전극필름으로 흐르게 되는데, 이것이 전기를 만들게 되는 것입니다. 염료로는 일반 포도즙 등 과즙을 사용해도 되고, 다양한 유기물질이 사용되고 있습니다만, 전자를 더욱 많이 배출하도록 특정 금속화합물을 사용하기도 합니다. 나노입자로는 주로 이산화티타늄(TiO2)이 사용됩니다. 전해질은 전자를 배출한 염료에 다시 전자를 생성시켜주는 역할을 담당합니다.
◇염료감응 태양전지의 특성= 염료감응 태양전지는 간단한 구조로 인해 기존 실리콘계 태양전지보다 제조공정이 간편한 편입니다. 보통 결정질 실리콘 태양전지의 가격은 와트당 2.5달러 선인데, 염료감응 태양전지는 와트당 1달러 이하로 제작할 수 있다고 산업계 전문가들은 말하고 있습니다. 다만 태양광에너지를 전기로 얼마나 많이 바꿔주느냐는 효율면에선 상업용 결정질실리콘 태양전지가 약 14∼17% 수준인 반면, 상업용 염료감응 태양전지는아직 약 4∼7% 수준에 그치고 있습니다. 그러나 실리콘 태양전지가 맑은 날에만 주로 발전이 가능한 반면, 염료감응 태양전지는 흐린날이나 실내 등에서도 발전이 가능하다는 장점을 지니고 있습니다. 특히 가시광선을 통과시키는 투명한 성질과 염료에 따른 다양한 색깔을 표현할 수 있다는 점에서 건물이나 자동차, 생활용품 등의 유리 대용으로 사용할 수 있는 등 응용분야가 다양하다는 특징을 갖고 있습니다. 게다가 구부릴 수 있는 유연한(플렉서블) 제품으로도 상용화가 가능해 의류, 가구 등 다양한 제품에 부착해 전기를 만들어낼 수 있다는 장점도 지니고 있습니다.
◇산업계 개발동향과 시장전망= 염료감응 태양전지의 상용화 추진은 현재 각국에서 활발히 진행 중입니다. 유럽은 독일 프라운호퍼 연구소, 솔라로닉스, ECN을 중심으로, 미국은 코나카(Konarka), 듀폰, GE를 중심으로 진행 중입니다. 현재 염료감응 전지의 창시자인 그라첼 교수가 고문으로 있는 호주의 다이솔(Dyesol)사가 주도적으로 상용화를 진행하고 있습니다. 아시아에선 일본 기술이 가장 앞서 있으며, 2010년 이내 상용화할 것으로 예상됩니다. 국내에선 티모테크놀로지가 호주 다이솔과 합작해 설립한 다이솔-티모가 연내 상업생산 설비를 갖출 계획이고, 지난해 8월 한국전자통신연구원(ETRI)으로부터 `플렉서블 염료감응 태양전지 기술'을 이전받은 상보가 상용화를 추진중입니다. 또 이건창호가 작년 시제품 개발에 성공했고, 한국과학기술연구원(KIST)과 공동개발하고 있는 동진세미켐, 우리솔라 등도 상업화를 준비중입니다. 염료감응 태양전지의 향후 시장 전망은 조사업체에 따라 편차가 크지만, 일본 후지연구소의 2007년 보고서에 따르면 세계 시장 규모는 오는 2010년 약 1760억원, 2015년 약 2조600억원으로 추산됩니다.
