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효율 5배 높인 염료감응 태양전지 개발

특정 빛 증폭하는 광결정 제조에 성공


새로운 광(光) 결정 물질을 이용해 발전 효율을 5배 이상 높일 수 있는 염료감응형 태양전지가 국내 연구진에 의해 개발됐다.
한국과학기술연구원(KIST)은 “하이브리드재료연구센터 이현정 박사팀이 나노미터(nm, 10억분의1m) 크기의 이산화티타늄 입자로 특정 파장의 빛을 증폭시킬 수 있는 ‘역(逆)오팔’ 구조의 광결정 물질을 만드는데 성공했다”고 14일 밝혔다.
이 광결정의 세부 구조와 흡수 파장 등을 조절하면 태양전지의 효율을 극대화하는 핵심 기술이 될 수 있을 것으로 연구팀은 내다보고 있다.
이번 연구결과는 신소재 분야의 국제저널 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’ 9일자에 실렸다.
염료감응형 태양전지는 빛에 반응하는 특정 염료를 흡착한 미세 입자와 전해질을 이용해 햇빛을 전기로 바꾸는 장치다.
지금까지 여기에 쓰인 입자는 주로 이산화티타늄(TiO2). 일반적인 이산화티타늄은 내부 입자들이 무질서하게 배열돼 있다.
이 박사는 “구슬처럼 생긴 고분자물질을 규칙적으로 배열하고 그 사이사이의 공간을 이산화티타늄으로 채운 다음 고분자물질을 제거해 ‘역오팔’ 구조를 만들었다”고 말했다. 무지개 빛을 띠는 보석 오팔과 정반대되는 구조라는 뜻이다.





오팔이나 역오팔 구조는 모두 광결정이다. 입자들이 규칙적으로 배열돼 있는 광결정은 빛을 비췄을 때 특정 파장의 빛만 반사하고 나머지는 통과시키는 특성이 있다.
이 박사는 “지금까지 광결정을 이용한 태양전지를 만든 다른 연구그룹은 대부분 0.6% 이하의 매우 낮은 효율을 보였다”며 “우리가 개발한 역오팔 구조의 광결정은 고분자물질의 크기를 조절하는 방식으로 발전효율을 3.0~3.5%까지 끌어올렸다”고 설명했다.
연구팀은 또 이번에 개발한 기술을 염료감응형 태양전지 뿐 아니라 다양한 종류의 태양전지에 접목하면 태양광을 더 효과적으로 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.



임소형 동아사이언스 기자 sohyoung@donga.com



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