염료감응형 태양전지란 무엇일까

염료감응형 태양전지란 무엇일까

 

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안녕하세요~ 티스토리 구독자 여러분

오늘은 염료감응형 태양전지에 대해 알려드리겠습니다.

 

생소하실 수 있는 오늘의 주제인 염료감응 태양전지는 식물의 광합성 원리와 비슷하다고 생각하시면 됩니다. 인공광합성이라고도 불리는 염료감응 태양전지(dye-sensitized solar cell; DSSC)는 직역하여 염료 감작반응이라 하며 반복된 투여가 점진적인 증폭을 초래하는 반응입니다. 유기물 태양전지 기술로 염료 분자가 나노결정 입자 표면에 흡수되는 것입니다. 즉, 표면에 화학적으로 흡수된 염료 분자가 태양광에너지를 받아 전자 반응을 일으켜 전력을 출력하는 산화환원 전해질로 구성되어 있는 태양전지입니다. 산화와 환원은 서로 반대 작용으로 한쪽 물질에서 산화가 일어나면 반대쪽에서는 환원이 일어나는 것입니다.

 

기존 태양전지 시스템보다 높은 온도에서 작동하고 더욱 효과적으로 전력을 생산합니다. 식물 광합성 구조를 모방하여 발전하는 염료감응형 태양전지는 나노미터 크기의 원자, 분자 및 초분자 다공질에 염료 분자를 결합해 발전하며 결합한 염료 분자가 태양광에너지를 받아 전자 작용을 일으키므로 염료 분자는 촉매제의 역할을 한다고 할 수 있습니다. 태양광과 결합한 염료분자는 여러 경로를 통해 전극에 도달하는 방식입니다. 이러한 염료감응 태양전지는 태양광에너지를 받아 전자를 생성하는 염료 분자, 이 염료 분자를 흡수시킨 산화티타늄 전극과 전해질, 그리고 양극 역할을 하는 보조 전극으로 이루어져 있습니다.

 

염료감응형 태양전지의 장점은, 기존 실리콘 재질 태양전지에 비해 가격 경제성이 우수하며 투명하기 때문에 다양한 색 발현이 가능합니다. 이로 인한 다양한 기술로 응용할 수 있습니다. 이렇게 태양광에너지를 흡수하고 투명한 특징을 갖기 때문에 다양한 색을 구현할 수 있으며 외장 BIPV용 태양전지나 승용차 등에 유리패널을 대체하여 사용할 수 있습니다. 이렇게 플렉서블한 유기골격체를 갖기 때문에 의류나 생활 가구, BIPV 제품 등 폭넓게 상용화될 수 있습니다.

 

염료감응형 태양전지는 기존 태양전지에 비해 적은 빛으로도 고효율의 에너지 전환이 가능하며 화학물 반도체 같은 고가의 반도체를 사용하지 않으며 독성물질이 포함되어 있지 않습니다. 안정성 또한 우수해 10년 넘는 수명을 갖으며 시간적 제약을 갖지 않아 악천후나 실외가 아닌 실내에서도 발전이 가능합니다. 이렇게 단순한 제조과정, 광 투과성, 가격경쟁력(비정질 실리콘 태양전지 가격의 약 4분의 1), 낮은 제조 단가, 컬러 및 투명한 특성으로 다양한 활용이 기대되고 있습니다. 하지만 출력효율이 낮고 전해질의 불안전성으로 전해액의 경우에는 휘발성이 크기 때문에 장기 안정성 확보를 위해 적절한 전해질을 선택하는 것이 중요합니다.

 

염료감응 태양전지가 보급화되면 가격도 감소할 것으로 예상되며 전해질 누수나 염료감응 태양전지의 단점인 휘발성의 문제도 보완되어가고 있는 추세입니다. 현재 국내를 비롯해 세계적으로 효율성 증진을 위해 연구가 이루어지고 있으며 염료감응 태양전지의 장점을 활용해 산업적으로 활용하기 위한 고효율화 및 상용화가 이루어져야 할 것입니다. 

 

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