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태양광발전 섬유를 가능케 할 염료감응형 태양전지
기존의 실리콘 기반으로 설계된 것보다 더 가볍고 유연한 새로운 종류의 태양전지의 개발이, 태양광발전을 위한 새로운 응용을 가능하게 할 것으로 기대되고 있다. DSSCs(Dye-sensitized solar cells, 염료감응형 태양전지)는 이런 이점을 제공해 줄 뿐만 아니라 제조원가를 훨씬 저렴하게 해 줄 수 있다. 중국 베이징 북경대학(Peking University)의 Anyuan Cao 및 Zuqiang Bian 등은 거대한 어레이(array)로 조립할 수 있는 단일 와이어를 개발함으로써 염료감응형 태양전지의 응용분야를 크게 확대시키고 있다(원문제목: "Single-Wire Dye-Sensitized Solar Cells Wrapped by Carbon Nanotube Film Electrodes").
염료감응형 태양전지는 박막형의 기기로, 상대적으로 직접적인 전기화학적 프로세스를 사용하여 손쉽게 구할 수 있는 저렴한 화합물을 사용하여 제조할 수 있다. 또한 염료감응형 태양전지 자체는 매우 단순하여, 전해질에 담근 anode와 cathode로 구성되어 있다. 염료감응형 태양전지의 anode는 전형적으로 빛을 흡수하는 염료 혼합물로 만들어져 있고 자유 양전하 및 음전하를 생성해 내며, 이산화티타늄(titanium dioxide)은 도관(conduit)과 같은 역할을 하여 전하가 상대편 전극으로 이동함으로써 전류를 형성하도록 돕는 역할을 수행한다.
Cao 및 Bian 등의 연구팀은 염료로 채워진 이산화티타늄 튜브 층으로 anode인 티타늄 와이어를 감싸는 형태로, 마이크로미터 크기의 단일 와이어를 갖는 염료감응형 태양전지를 구체화하였다. 이것을 최종적으로 감싸는 것은 탄소 나노튜브 그물망으로 이루어진 층으로 cathode의 역할을 수행한다. 탄소 나노튜브는 전기적으로 전도성으로 거의 투명한 특성을 가지고 있어서 염료에 빛이 최대로 도달하도록 하는데 이상적인 물질이다.
와이어 기반의 염료감응형 태양전지는 태양 전화효율을 각 와이어 당 1.6%까지 나타내었다. 비록 이 정도의 효율성은 염료감응형 태양전지의 벤치마크(benchmark) 수치에는 한창 모자라는 값으로 와이어 디자인을 최적화함으로써 상당한 개선효과를 기대할 수 있을 것으로 기대된다. 예를 들어 탄소 나노튜브 층의 전기 전도성이 향상되고 다중 와이어는 단일 기기에 집적하여 더 큰 와이어 그물망을 형성할 수 있게 된다고 Bian은 밝혔다.
Bian에 따르면, 이런 종류의 염료감응형 태양전지 구조의 가능한 응용분야의 한 가지 예로는 태양광발전 섬유라고 한다. 섬유 형태의 태양전지는 유연성을 제공함으로써 의복, 가방 및 커튼과 같은 품목에 손쉽게 결합시킬 수 있게 된다고 밝히고 있다.
첨부그림 #1> 동축(coaxial) 단일 와이어 구조의 염료감응형 태양전지를 묘사한 그림으로, 가운데는 티타늄 와이어와 염료함유 이산화티타늄 나노튜브 어레이가 위치하여 있으며 그 주변을 유연하고 투명한 탄소 나노튜브 필름이 둘러싸고 있다. 탄소 나노튜브 필름은 매우 근접한 상태에서 이산화티타늄 나노튜브 어레이 상부에 침착시킨 것이다.
첨부그림 #2> CNT-TiO2-Ti 태양전지 와이어의 SEM 영상. (a) 세 가지 성분, 즉 Ti 코어, 전기화학적으로 음극처리한 이산화티타늄 나노튜브 어레이 및 외부 탄소 나노튜브 필름 전극의 SEM 영상. (b) 얇고 투명한 탄소 나노튜브 필름으로 균일하게 둘러싸인 와이어 단면의 SEM 영상. (c) 염료감응형 태양전지 와이어 표면의 SEM영상으로, 다공성 이산화티타늄 나노튜브 어레이 상에 탄소 나노튜브 네트워크가 침착되어 있다. (d) 탄소 나노튜브로 덮인 이산화티타늄 나노튜브의 확대영상
Source: Tokyo Institute of Technology
출처 : http://www.nanowerk.com/news/newsid=22924.php
관련링크 : http://www.gtnet.go.kr/search/search_main_v.jsp
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