[우수환경기술]연료감응형태양전지

미래 신재생에너지 가운데 태양빛을 에너지원으로 하는 환경 친화적 태양전지 중요성이 부각된다. 태양전지는 구성 물질에 따라 실리콘, 무기소재 태양전지, 유기 태양전지로 나뉜다. 유기 태양전지는 염료감응형 태양전지와 유기분자 접합형 태양전지를 포함한다.

한국과학기술연구원(KIST)은 나노입자 복합체를 포함한 광전극과 제조방법, 이를 이용한 염료감응 태양전지 기술을 소개했다.

광전극은 저온에서 전기방사법과 스프레이법을 동시에 적용해 다공성 나노입자 금속 산화물 층을 형성하는 방식으로 제조한다. 이 방식은 나노입자 층과 기판의 접착력을 높이고 나노입자 층에 적절한 기공을 형성하는 효과를 가진다.

특히 내충격성과 휨에 대해 내구성을 가지는 게 장점이다. 기존 태양전지는 웨이퍼나 글라스와 같은 단단한 기판 위에 태양전지가 형성돼 구부리면 형태가 변하거나 부서지는 단점이 있었다. 반면 이 기술은 휨이나 기타 외력을 받았을 때 고분자나노섬유나 나노입자 산화물을 지지한다.

이를 기반으로 제조한 염료감응형 태양전지는 광합성의 원리가 적용된다. 햇빛을 받으면 전자를 방출하는 특정 염료와 전해질을 이용해 전기를 만들어낸다.

염료감응형 태양전지는 3세대 태양전지로 꼽히는데, 1세대인 실리콘 결정형 대비 제조원가가 저렴하다. 2세대인 비정질 실리콘 태양전지나 CIGS(구리·인듐·갈륨·셀레늄) 대비 초기 설비 투자비용도 저렴하다. 또 재료별 분류에서 유기재료(염료)를 사용하며 형태는 용액으로 투명전지, 저가재료, 환경친화적 특징을 가진다.

염료감응형 태양전지는 상대적으로 낮은 효율과 성능·내구성 검증이 이뤄지지 않아 상용화가 지연됐다. 이 기술을 통해 기존 문제점을 개선하고 상용화에 좀 더 접근할 수 있을 것이라고 KIST는 설명했다.

윤대원기자 yun1972@etnews.com