가시광선을 고루 흡수할 수 있는 '염료감응 태양전지' 기술을 국내 연구진이 개발했다. 여러 염료를 이용하는 이 기술은 햇빛을 전기로 바꾸는 에너지 전환 효율을 대폭 높일 수 있을 것으로 평가받고 있다.


▲ KIST 박남규 박사

교육과학기술부는 한국과학기술연구원(KIST) 태양전지연구센터 박남규(사진) 박사팀이 가시광 전 영역의 빛 흡수가 가능한 팬크로매틱 염료감응태양전지 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

교과부에 따르면, 노랑 빨강 초록 등 세 가지의 서로 다른 색상의 염료를 나노결정 이산화티타늄(TiO2) 필름에 선택적으로 배열한 이 기술은 영국의 권위 있는 과학저널 '네이처 머티리얼즈' 28일자 온라인 판에 발표됐다.

염료감응 태양전지란 천연염료를 이용해 태양광을 전기로 바꿔주는 시스템으로, 이산화티타늄 필름에 한 가지 염료만을 흡착하는 기존 방식은 넓은 영역의 빛을 활용하기 어려운 단점이 있다.

KIST연구팀은 분리분석법인 크로마토그래피(chromatography) 원리를 이용해 염료를 선택적으로 흡착하고 탈착할 수 있는 이동상(mobile phase)과 정지상(stationary phase) 물질을 개발, 서로 다른 색상의 염료를 선택적으로 수직 배열하는데 성공했다.

이번 연구 결과를 이용할 경우 이론적으로 1㎠당 30mA(밀리 암페어) 전류 생성이 가능해 현재 11% 수준인 염료감응 태양전지의 효율을 획기적으로 높일 수 있을 것으로 기대된다.

심사위원들은 심사평에서 "세 가지의 서로 다른 색상의 염료를 나노결정 TiO2 필름에 선택적으로 배열하는 것은 이제까지 누구도 실현하지 못한 어려운 기술이며, 이를 실현함으로써 팬크로매틱 염료감응 태양전지 실현의 새로운 지평을 열었다"고 평가했다.

이번 연구는 KIST 기관고유사업과 교과부 미래유망파이오니어융합기술연구사업으로 진행됐으며, 박남규 박사의 주도 하에 제1저자인 이경태 연구원과, 공동저자인 박세웅 연구원ㆍ김경곤 박사ㆍ고민재 박사 등 KIST 소속의 순수 국내 연구진의 노력으로 이뤄졌다.