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카본 나노튜브로 변환 효율 6%의 유....

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글쓴이 최고관리자 등록일 15-07-31 14:41
조회 456

    - 유기 박막 태양전지, 인듐(indium) 불필요 / 희소 금속(rare metal)을 사용하지 않고 공급을 안정화 / 카본 나노튜브로 에너지 변환 효율 6% - 


    도쿄(Tokyo, 東京) 대학 연구 그룹은 희소 금속인 `인듐`을 포함하지 않는 카본 나노튜브 유기 박막 태양전지의 개발에 성공하였다. 향후 태양전지의 저비용화나 태양 에너지의 이용 확대에 도움이 될 것으로 기대된다. 

    도쿄 대학 대학원 이학계 연구과, 공학계 연구과 연구 그룹은 카본 나노튜브를 유기 박막 태양전지의 투명 전극으로서 이용하기 위한 방법론을 확립. 희소 금속인 `인듐`을 이용하지 않는 유기 박막 태양전지의 에너지 변환 효율을 향상시킨 것 외에 카본 나노튜브 박막의 유연성을 살린 유연한 태양전지의 개발에 성공하였다. 

    유기계 태양전지는 저에너지 제조 프로세스에 의해 향후 염가로 제조되는 것이 전망되는 새로운 태양전지로 전 세계에서 세상에서 활발하게 연구 개발되고 있다. 

    에너지 변환 효율이나 내구성 등 해결해야 할 문제가 아직 있지만 최근 유기계 태양전지의 일종인 유기 박막 태양전지로는 에너지 변환 효율이 10%를 돌파하였다. 이와 같이 유기 금속 페로브스카이트 태양전지로는 에너지 변환 효율이 20%를 넘고 있어 무기계의 태양전지인 아몰퍼스 실리콘 태양전지나 다결정 실리콘 태양전지와 동등의 성능을 얻을 수 있게 된다고 한다. 

    유기 박막 태양전지의 투명 전극에는 산화 인듐 주석이 이용되는 경우가 많다. 그러나 향후 유기계 태양전지를 대량생산하는 경우 희소 금속인 인듐은 수요에 대해서 공급량이 부족하게 될 위험이 있다. 한편 카본 나노튜브는 원소로서는 공급의 제약을 받지 않는 탄소로 만들어져 뛰어난 전하 수송 특성, 화학적 안정성, 기계적 안정성 및 유연성을 겸비하고 있기 때문에 태양전지의 전극 재료로서 이용되는 것이 기대된다. 

    단 카본 나노튜브를 이용한 유기계 태양전지의 연구 개발은 지금까지도 행해져 왔지만 카본 나노튜브 박막을 투명 전극으로서 이용한 유기 박막 태양전지의 변환 효율은 2%에 머무르고 있었다. 

    이번에 연구 그룹은 고순도로 투명성이 높은 카본 나노튜브 박막의 에너지 준위를 바꾸어 유기 발전층으로부터 플러스의 전하(홀)만을 선택적으로 포집하고 수송하는 카본 나노튜브 투명 전극을 개발한 것으로 인듐을 이용하지 않는 유기 박막 태양전지의 에너지 변환 효율을 6% 이상으로 큰 폭으로 향상시켰다. 또한 PET(polyethylene tereph thalate) 필름 위에 카본 나노튜브 박막을 전사하여 이용하는 것으로 유연한 카본 나노 튜브 유기 박막 태양전지를 제작하는 것에도 성공하였다. 

    카본 나노튜브는 염가의 염화철 등의 철 촉매와 알코올이나 일산화탄소 등의 탄소원을 이용하여 합성되어 원리적으로는 염가로 제조하는 것이 가능하고 태양전지의 저비용화로 연결되는 것이 기대된다. 또한 유기 발전층에 이용하는 공역계(共役系) 고분자나 풀러렌(fullerene) 유도체도 탄소 풍부한 유기 화합물이며 전극에 이용하는 카본 나노튜브를 포함하여 탄소를 주된 구성 성분으로 하는 새로운 범주에 속하는 유기계 태양전지의 창출도 예상된다. 연구 그룹은 향후 유기 재료나 디바이스 구조의 최적화를 실시하는 것으로 새로운 고효율화 연구에 임할 예정으로 하고 있다고 한다. 

    출처 KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

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