성균관대 교수팀, 효율·수명 높인 태양전지 '겔 전해질' 개발

[아시아경제 오진희 기자] 차세대 고효율 태양전지로 기대되는 염료감응형 태양전지의 효율과 수명을 높이는 전해질이 개발됐다.

교육과학기술부는 성균관대 화학공학부 박종혁 교수팀이 자체 개발한 고분자 나노소재를 이용해 기존 액체 전해질의 문제를 해결하면서, 효율과 수명이 높은 염료감응 태양전지용 '겔 전해질'을 개발했다고 15일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노과학 분야의 학술지인 '나노 레터스(Nano Letters)' 온라인 속보 6일자로 게재됐다.

염료감응 태양전지란 식물의 광합성 원리를 이용한 차세대 태양전지다. 염기염료와 나노기술을 적용해 고도의 에너지 효율을 갖고 있으면서도 가격이 저렴하고 공정도 간단해 미국, 일본, 독일 등에서 선점을 위해 연구개발에 나서고 있는 분야다.

염료감응 태양전지는 두 개의 전극과 그 사이를 채우고 있는 전해질로 구성된다. 광전극 쪽은 투명전극 위에 염료분자가 흡착된 이산화 티타늄(TiO2)의 나노입자이며, 상대전극 쪽은 투명전극에 백금이 코팅돼 있다. 염료감응 태양전지는 광전극에 태양빛이 조사되면 흡착된 염료분자가 전자를 내놓고 이 전자가 이동하면서 전기에너지를 만드는 원리다.

염료감응 태양전지는 전해질로 쓰는 액체가 휘발성이 강해 공기중에 날라가 수명이 길지 않은 게 단점이 있지만, 반고체 상태인 겔(Gel) 은 수명을 늘려준다. 하지만 점도가 높은 겔이 태양전지 내 나노입자 사이로 침투하지 못해 성능이 떨어져 한계가 있었다.

박 교수팀은 이를 해결하기 위해 입자크기가 똑같은 고분자 나노소재(폴리스타이렌)를 태양전지의 상대전극에 놓고 폴리스타이렌을 선택적으로 부풀어 오르게 하거나 용해하는 액체 전해질의 용매를 조절해 성능을 개선했다.

박 교수는 "겔 전해질은 기존 액체 전해질보다 염료감응 태양전지의 수명을 최소 5년 이상 증대시킨다"며 "차세대 고효율 태양전지 개발을 선도하는 국가들과의 격차를 줄이는 획기적인 기술"이라고 소개했다.

오진희 기자 valere@