국내연구진, 염료감응형 태양전지 효율 40% 높여

하이브리드 탄소나노소재 개발..다양한 전극물질로 활용 가능

▲ 이화여대 화학나노과학과 김동하 교수(뒤쪽)가 장윤희 박사과정생에게 원자힘현미경 분석을 지도하고 있다. ⓒ연합뉴스

태양전지의 4세대 대표주자로 꼽히는 ‘염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cells)’의 효율을 지금보다 최대 1.4배 높이는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

교육과학기술부는 이화여대 화학나노학과 김동하 교수팀이 직접 제조한 하이브리드 탄소나노소재를 염료감응형 태양전지에 도입해 전도성을 높이는데 성공했다고 27일 밝혔다.

염료감응형 태양전지는 광합성 원리를 응용한 태양전지다. 식물이 광합성을 할 때 엽록소를 흡수해 에너지로 사용하듯 염료가 빛을 흡수해 전류를 생성한다. 기존 실리콘 태양전지에 비해 제작방법이 간단하고 투명하게 만들 수 있어 건물 유리창으로도 사용할 수 있다.

연구팀은 염료감응형 태양전지의 핵심성분인 이산화탄소티타늄(TiO2)을 함유한 고분자(분자량 10만 이상)에 자외선을 쬐고 열처리를 해 탄소와 무기물이 혼합된 하이브리드 신소재를 만들었다.

이 소재를 전지의 한쪽 광전극에 붙이면 전기가 잘 통하면서도 경계면(interface)의 저항이 줄어들어 태양전지의 효율이 최대 40% 이상 향상됐다.

김동하 교수는 “하이브리드 탄소나노소재는 고분자를 기반으로 제조가 비교적 쉬워 태양전지 뿐 아니라 연료전지와 친환경 가시광 활성 광촉매 분야에도 광범위하게 활용될 수 있다”고 말했다.

이번 연구는 교과부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업과 나노소재기술개발사업의 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 나노과학 분야에 권위를 가진 학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 온라인에 12일 소개됐고 1월호에 게재될 예정이다.

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