KIST 이현정 박사팀… 광결정 구조 이용 최대 3.5% 발전효율 성과
한국과학기술연구원(KISTㆍ원장 금동화) 하이브리드재료연구센터 이현정 박사팀은 14일 광결정 구조를 이용, 빛을 증폭시켜 발전 효율을 높일 수 있는 염료감응형 광증폭형 태양전지를 개발했다고 밝혔다.
기존의 염료감응형 태양전지는 감광염료로 코팅된 이산화티타늄(TiO₂) 입자가 무질서하게 연결된 전극구조를 갖고 있는데 비해, 이번에 개발된 기술은 서로 다른 투명재료가 빛의 파장 정도의 공간적 주기성을 가지는 격자형태 구조인 광결정 구조를 이용한 점이 다르다. 이를 통해 특정 파장의 빛을 선택적으로 가둘 수 있고 전해질과 전자를 효율적으로 전달할 수 있게 해 광증폭 효과를 보이는 태양전지를 구현할 수 있게 됐다.
과거 소수의 연구팀이 이러한 개념의 태양전지에 대한 이론적 메커니즘을 제시한 적은 있었지만 실험적으로 성공한 그룹은 없었으며 대부분 0.6% 이하의 매우 낮은 효율을 보였을 뿐이다. 기존 그룹들의 광결정 구조는 대부분 이산화티타늄의 전구체를 이용한 솔-젤 반응(낮은 온도에서 화학물질간의 반응) 후 고온 소결(가루가 녹으면서 서로 뭉쳐 굳어지는 현상) 공정을 적용했는데 반응 중 부산물이 많이 생겨 대면적으로 조밀한 구조를 구현하기 어려웠기 때문이다.
이현정 박사팀은 입자간 빈 공간을 효과적으로 채울 수 있는 나노미터 수준의 이산화티타늄 입자를 활용, 조밀한 역오팔 구조의 광결정 물질을 제조했다. 또 광결정 구조를 이루는 고분자 희생입자의 크기를 조절함으로써 염료감응태양전지에서 활용되는 빛의 파장을 선택적으로 활용해 기존 연구결과에 비해 크게 향상된 3.0~3.5%의 발전효율을 이뤘다.
KIST 측은 "이 기술은 향후 광감응제의 흡수파장과 광결정 구조의 희생입자 크기를 동시에 조절함으로써 광감응제의 흡수효율을 증폭시켜 태양전지의 효율을 극대화하는 핵심 기술이 될 수 있을 것"으로 밝혔다.
이 연구결과는 신소재 분야 권위지인 `어드밴스트 펑셔널 머티리얼스'(Advanced Functional Materials) 최근호의 속 표지논문으로 게재됐다.
안경애기자 naturean@
한국과학기술연구원(KISTㆍ원장 금동화) 하이브리드재료연구센터 이현정 박사팀은 14일 광결정 구조를 이용, 빛을 증폭시켜 발전 효율을 높일 수 있는 염료감응형 광증폭형 태양전지를 개발했다고 밝혔다.
기존의 염료감응형 태양전지는 감광염료로 코팅된 이산화티타늄(TiO₂) 입자가 무질서하게 연결된 전극구조를 갖고 있는데 비해, 이번에 개발된 기술은 서로 다른 투명재료가 빛의 파장 정도의 공간적 주기성을 가지는 격자형태 구조인 광결정 구조를 이용한 점이 다르다. 이를 통해 특정 파장의 빛을 선택적으로 가둘 수 있고 전해질과 전자를 효율적으로 전달할 수 있게 해 광증폭 효과를 보이는 태양전지를 구현할 수 있게 됐다.
과거 소수의 연구팀이 이러한 개념의 태양전지에 대한 이론적 메커니즘을 제시한 적은 있었지만 실험적으로 성공한 그룹은 없었으며 대부분 0.6% 이하의 매우 낮은 효율을 보였을 뿐이다. 기존 그룹들의 광결정 구조는 대부분 이산화티타늄의 전구체를 이용한 솔-젤 반응(낮은 온도에서 화학물질간의 반응) 후 고온 소결(가루가 녹으면서 서로 뭉쳐 굳어지는 현상) 공정을 적용했는데 반응 중 부산물이 많이 생겨 대면적으로 조밀한 구조를 구현하기 어려웠기 때문이다.
이현정 박사팀은 입자간 빈 공간을 효과적으로 채울 수 있는 나노미터 수준의 이산화티타늄 입자를 활용, 조밀한 역오팔 구조의 광결정 물질을 제조했다. 또 광결정 구조를 이루는 고분자 희생입자의 크기를 조절함으로써 염료감응태양전지에서 활용되는 빛의 파장을 선택적으로 활용해 기존 연구결과에 비해 크게 향상된 3.0~3.5%의 발전효율을 이뤘다.
KIST 측은 "이 기술은 향후 광감응제의 흡수파장과 광결정 구조의 희생입자 크기를 동시에 조절함으로써 광감응제의 흡수효율을 증폭시켜 태양전지의 효율을 극대화하는 핵심 기술이 될 수 있을 것"으로 밝혔다.
이 연구결과는 신소재 분야 권위지인 `어드밴스트 펑셔널 머티리얼스'(Advanced Functional Materials) 최근호의 속 표지논문으로 게재됐다.
안경애기자 naturean@
