|
다중벽탄소나노튜브를 활용한 고효율 플레서블 태양전지
 최근 들어 유연한 태양전지에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 과학자들은 금속 와이어, 유리 섬유 또는 고분자 섬유를 통해 짤수 있는 태양전지 섬유를 개발코자 노력하고 있다. 그러나 이러한 섬유 기반의 태양전지의 낮은 효율성으로 인해서 이러한 소재의 사용에는 많은 제한이 따른다. 이러한 낮은 효율성을 높이기 위해서 과학자들은 다양한 나노소재를 개발하여 이러한 섬유 기반의 광전 소자에서 전하의 분리 및 전달 특성을 개선코자 하고 있다.
중국의 한 연구팀이 유연하면서도 가볍고 또한 반도체적인 특성을 가진 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT) 섬유를 통해서 새로운 태양전지를 개발할 수 있는 새로운 기술을 개발하는데 성공했다. 섬유 형태의 매우 잘 정렬된 나노튜브에서 섬유를 따라 진행되는 전하의 전송 및 분리는 매우 효과적이어서 이러한 소재를 이용했을 때 높은 효율성을 가진 섬유 태양전지의 개발이 가능케 될 수 있다고 연구팀은 밝혔다.
“이번 연구에서 사용한 섬유에서, 탄소나노튜브는 높은 정렬도를 보였으며 또한 매우 향상된 기계적, 전기적 특성을 나타내고 있다”고 상하이 푸단대학(Fudan University in Shanghai) 신소재분자공학연구실(Laboratory of Advanced Materials & Department of Macrom olecular Science)의 Huisheng Peng 교수는 밝혔다. 또한 그는 “따라서 이러한 나노튜브 섬유는 전류 밀도를 크게 증가시킬 수 있어 태양전지의 에너지 변환 효율성을 크게 향상시킬 수 있을 것”이라고 말했다. 또한 그는 “게다가 나노튜브 섬유는 매우 가볍고 유연하고 뛰어난 기계적 성질을 가지고 있어서 기존의 태양전지로는 불가능했던 몇몇 분야에도 적용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.
연구팀이 합성한 다중벽탄소나노튜브 섬유를 고해상도 투과형전자현미경(High-resolution transmission electron microscopy)을 이용하여 분석했을 때 그 지름은 약 8.5나노미터임을 확인할 수 있었다. 또한 기존의 섬유보다 약 2.9~3.9배 정도 이상의 강도를 보였다.
Peng 교수는 CNT의 반도체적인 특성은 광전 소자에서 매우 중요한 부분을 차지한다고 밝혔다. “이러한 나노튜브 섬유는 고성능 염료 감응태양전지제조에 사용되는 기존의 산화 티타늄 나노입자를 대체할 수 있을 것으로 보인다. 전자 전달은 나노튜브를 통해 더욱 빠르게 진행된다. 이는 결정립계가 많이 존재하는 나노입자에서보다 나노튜브에서는 전자들이 하나의 나노튜브에서 다른 나노튜브로 뛰어 건너면서 전자들이 이동할 수 있기 때문이다. 이는 결국 전자와 정공의 전하 분리 효율성을 높이는 역할을 한다”고 말했다.
연구팀은 현재 새로운 태양전지에서 전하의 분리 및 전달에 대한 기본적인 개볌에 대한 이해에 집중하고 있다. 이러한 개념은 태양전지를 위한 새로운 물질을 개발하는 데에서 있어서 매우 중요한 역할을 할 수 있다. 연구팀은 나노튜브의 길이가 탄소 나노튜브 섬유의 전기적, 기계적 특성에 강한 영향을 미친다는 것을 확인했다. 연구팀은 현재 이러한 나노튜브의 성장에 대한 연구를 집중적으로 하고 있다.
그림. 나노튜브섬유를 이용한 태양전지의 에너지 변환 과정의 개략도
출처: KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
(http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=19933.php
|
