탄소나노튜브 전극을 적용한 저비용 DSSC 태양 전지 연구 관리자 2012.03.27

태양 에너지는 가장 유망한 재생 에너지원으로 기대를 모으고 있지만, 통상적인 태
양 전지의 비용은 실질적인 활용에 있어 큰 걸림돌이 되고 있다. 태양 에너지의 경쟁
력을 높이기 위해서, 연구진들은 저비용의 염료 및 이산화티타늄 나노입자를 사용하
는 염료감응형태양전지(DSSC; Dye-Sensitized Solar Cell)를 개발하기 시작했다. 

싱가폴 A*STAR 소속 연구진은 ITO를 탄소나노튜브로 대체함으로써, 저비용의 염료
감응형태양전지를 개발했다. 연구 결과는 Applied Physics Letters지에 “Dye-
sensitized solar cell with a titanium-oxide-modified carbon nanotube 
transparent electrode”으로 게재됐다. 

통상적인 DSSC는 염료 속에 이산화티타늄 나노입자가 포함된 다공성 박막으로 구
성된다. 염료는 흡수한 태양 에너지를 전기로 변환하여, 이산화티타늄을 통해 흐르
게 된다. 태양을 향하고 있는 면에는 보통 생성된 전하를 이산화티타늄으로부터 밖
으로 전달하기 위한 투명 전극으로 덥혀 있다. 하지만 불행하게도 널리 활용되는 투
명전극인 ITO는 깨지기 쉽고, 크랙이 잘 발생한다. 또한 비용이 만만치 않기 때문
에, DSSC 제작 비용의 60%나 차지하게 된다. 

따라서 연구진은 ITO 대신 탄소나노튜브 전극을 활용하기 위한 연구를 진행했다. 
CNT 박막은 전기를 전도시키면서, 또한 거의 투명하고, 유연하며, 강한 특성을 가지
고 있기 때문에 투명 전극에 매우 적합한 물질이다. 한가지 단점은 바로 광에 의해 
생성된 전하가 염료의 이온과 함께 재결합 될 수 있기 때문에, 태양 전지의 광변환 
효율을 저하시킨다는 것이다. 

이러한 난점을 극복하기 위에, 탄소나노튜브 및 다공성 박막 층 사이에 이산화티타
늄 박막을 추가했다. 그 결과, 염료감응형태양전지의 효율은 확연히 상승했다. 하지
만 통상적인 ITO 전극을 활용한 경우의 효율에 크게 못미치는 1.8%의 광변환 효율
이 나타났다. 

이는 탄소나노튜브의 높은 전기적 저항과, 광학적 투과동의 감소에 따른 것으로, 전
지 내로 흡수되는 태양 빛을 제한하게 되는 것이다. 연구진은 전도도 및 투과도를 향
상시키기 위한 다양한 방법을 모색하고 있다. 또한 하부의 플라티늄 전극을 탄소나
노튜브 박막으로 교체함으로써, 추가적인 비용 감소를 가져올 것으로 기대된다. 이
러한 계획들이 성공적으로 진행된다면, DSSC의 비용 및 안정성 측면에서 상당한 영
향력을 가져올 것으로 전망된다. 

그림 1. 탄소나노튜브 전극. (좌) 기존의 CNT 전극은 화학 프로세스를 통해 성능 저
하가 발생하지만, (우) 산화티타늄으로 구성된 보호층을 활용함으로써 CNT를 안정
화하여 전지의 성능을 향상시킬 수 있음. 

키워드 : 탄소나노튜브, 염료감응형태양전지, 재결합, 이산화티타늄, 투명 전극,

출처 : http://www.nanowerk.com/news/newsid=24576.php 

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