[한국기술뉴스] 한국전력공사 연구팀은 광전자 전달속도 향상 및 효율을 증가시키는 연료감응 태양전지를 개발했다. 개발된 기술은 한국전력공사 산학협력단을 통해 2009년 10월 30일 특허를 출원(출원번호 제1020090104201호)했다. 특허 명칭은 '염료감응 태양전지 및 그 제조방법’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

태양전지는 태양의 빛에너지를 전기에너지로 전환하는 장치로, 태양광 발전시스템의 핵심 부품입니다. 일반적으로 태양전지는 전기 전달 능력이 뛰어나고 태양광 발전효율이 좋은 실리콘을 이용해 제작합니다. 하지만, 실리콘 태양전지는 제조 원가가 높고 빛의 조사 각도에 따라 효율이 달라지며, 태양 빛이 적은 흐린 날에 에너지 생산이 어렵다는 문제가 있습니다. 

최근 실리콘 태양전지의 단점을 개선하기 위해 다양한 소재를 이용한 태양전지가 개발되고 있습니다. 3세대 태양전지인 염료감응 태양전지는 실리콘 태양전지보다 생산원가가 저렴하고, 흐린 날에도 작동되며, 빛의 조사 각도가 작아도 발전이 가능하다는 장점이 있습니다. 또한, 투명하게 제작할 수 있어 적층형 구조로 제작해 면적대비 효율을 증대시키거나 다양한 제품에 응용하여 사용할 수 있습니다. 하지만, 염료감응 태양전지는 낮은 광전환 효율을 지녀, 상용화에 어려움을 겪고 있습니다.

한국전력공사 연구팀은 이산화티타늄으로 코팅된 탄소 나노튜브층과 금속산화물층을 이중구조로 형성해 광전환 효율을 향상한 염료감응 태양전지를 개발했습니다.

정제된 탄소 나노튜브와 분산제를 용매에 녹여 탄소 나노 튜브 액을 생성합니다. 탄소 나노 튜브 액을 이용해 고분자-탄소나노튜브 구조체를 형성하며, 열처리를 통해 고분자를 제거합니다. 다공성 탄소 나노 튜브 층의 상부에 이산화티타늄 필름을 증착시킨 후 코팅과 열처리를 통해 전극을 구성합니다. 탄소 나노 튜브 층은 전도성이 높아 광전자 전달속도를 향상시키며, 이산화티타늄 박막층은 계면 저항을 줄이는 역할을 수행합니다. 

연구팀은 탄소 나노 튜브 층을 형성하지 않은 태양전지와의 광 전환효율을 비교했습니다. 탄소 나노 튜브 층을 포함하지 않은 태양전지는 4.2%의 광 전환효율을 지닌 반면 탄소 나노 튜브 층을 포함한 태양전지는 6.8%의 광 전환효율을 지닌 것을 확인했습니다. 

기존 염료감응 태양전지 대비 50% 이상 향상된 광 전환효율을 지녀, 태양광발전이 가능한 지붕이나 창문, 외벽 등 제품의 상용화가 가능할 것으로 기대됩니다.