화공 박태호 교수팀, 염료감응형 태양전지 성능 향상 기술 개발

식물이 광합성을 하듯, 특수한 염료를 통해 태양광을 전기로 전환시키는 염료감응형 태양전지. 이 태양전지를 이용하면 차량이나 가정의 유리창에도 간단하게 설치해 전기를 만들어낼 수 있어 친환경 에너지 분야에서도 관심이 많은 분야 중 하나다.

하지만, 다른 태양전지와는 달리, 염료를 사용하기 때문에 태양광이 전기로 바뀌는 과정에서 염료를 안정화하는 핵심 액상물질이 공기 중으로 날아가 버려 상용화가 가능한 최소효율(7%)에도 미치지 못하는 문제점을 가지고 있었다.

POSTECH(포항공과대학교) 화학공학과 박성해 박사(38)․박사과정 임종철(31)씨 팀(지도교수 박태호)은 자기조립 물질로 스펀지 구조체를 만들어 태양전지 속 염료가 분리되거나 새어나가는 일이 없도록 하는 기술을 개발했다.

에너지분야 권위지인 ‘어드밴스드에너지머터리얼(Advanced Energy Materials)’지를 통해 발표된 이 기술은 염료감응형 태양전지의 성능을 향상시킬 뿐 아니라 사용 수명도 연장시킬 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 기존의 방법들을 검토하면서 염료감응형 태양전지에 빈발하게 일어나는 누수나 휘발현상을 막기 어렵다는 사실을 규명하고, 일정 조건 아래 스스로 스펀지 구조체를 만드는 자기조립형 물질을 넣어 태양전지 내부의 염료 주변에서 스펀지 구조체를 만들었다.

이 구조체는 염료가 분리되지 않도록 고정시킬 뿐 아니라, 액상 물질을 스펀지가 물을 빨아들이듯 머금고 있어 고질적인 누수와 휘발 문제를 상당부분 개선시킬 수 있었다. 그 결과 광전변환 효율을 상용화가 가능한 수준인 9%까지 향상시켰으며, 특히 65℃의 고온에서 장시간 사용이 가능하다는 사실도 추가로 밝혔다.

연구를 주도한 박태호 교수는 “무엇보다 염료감응형 태양전지의 장기적인 안정성을 확보할 수 있어 상용화를 크게 앞당길 수 있을 것으로 기대할 수 있다”고 밝혔다.