분사식 엑시톤 태양전지 개발 프로젝트

분사식 엑시톤 태양전지 개발 프로젝트

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-03-21

영국의 8개 대학들로 이루어진 컨소시엄을 통해 다음달부터 시작될 4년 기간의 연구 프로그램의 목적은 입고, 접고, 구부리고, 심지어는 표면 위에 분사할 수 있는 태양전지를 만드는 것이다. 340만 파운드(약 69억원) 상당의 슈퍼젠엑시톤태양전지컨소시엄(SUPERGEN Excitonic Solar Cell Consortium)은 공학자연과학연구위원회(Engineering and Physical Sciences Research Council : EPSRC)가 자금을 지원하며 워릭대(University of Warwick), 바스대(University of Bath), 브리스톨대(University of Bristol), 케임브리지대(University of Cambridge), 에딘버러대(University of Edinburgh), 임페리얼컬리지(Imperial College London), 러프브러대(University of Loughborough) 및 옥스퍼드대(University of Oxford) 가 공동으로 진행한다. 워릭대는 빛의 흡수, 엑시톤 이동 및 전류 발생 과정들을 이용하여 새로운 태양전지를 마련하고 특성을 조사하는 연구를 주도할 예정이다. 이러한 과정들은 1천조분의 1초인 펨토초 시간규모에서 연구될 수 있다. 일반적인 태양전지는 무거운 경향이 있으며 실리콘을 기반으로 하지만, 엑시톤 태양전지(ESCs)는 유기화합물, 염료, 겔 혹은 액체로 만들어진다. 빛이 흡수되면 전기적으로 여기된 분자상태인 엑시톤이 발생된다. 엑시톤은 수십 나노미터 거리의 분자들 사이에서 에너지를 운반하고 결국에는 2가지 물질 사이의 경계면에 도달한다. 이 경계면에 도달된 에너지가 사용되면 한쪽 물질에는 전자가 만들어지고 다른 물질에는 정공이 만들어져 전류가 흐른다. 엑시톤 태양전지는 딱딱하거나 유연한 기판 위에 증착시킬 수 있고 심지어는 뿌릴 수도 있는 저렴한 방법을 이용하여 만들어질 수 있다. 사람들은 엑시톤 태양전지를 입을 수 있을 것이고, 공간이나 인체 모양에 맞도록 구부려진 전자제품에 동력을 공급하는 데에도 이용할 수 있을 것이다. 또한 심지어는 전통적인 태양전지의 무게는 쉽게 견딜 수 없는 차량 지붕 위에도 뿌려질 수 있을 것이다. “몇몇 SEC를 상용화하려는 초기 시도도 있었으며, 염료감응형 엑시톤 태양전지를 생산하기 위한 최초의 제조 계획이 2007년 영국에서 마련되었다. 그러나 여전히 많은 기초연구들이 수행되어야 할 필요가 있으며, 특히 유기 및 혼성 엑시톤 태양전지가 충분히 개발되지 않았다는 인식이 일반적이었다.”라고 주연구원이자 워릭대 화학자인 팀 존즈(Tim Jones)는 말했다. 이번 프로그램에서 바스대와 임페리얼컬리지는 염료감응형 태양전지와 나노입자감응형 태양전지를 개발할 예정이며, 케임브리지와 임페리얼컬리지는 폴리머 혼합물, 분자 이종접합 및 혼성 유/무기 시스템을 포함하는 유기태양전지를 연구할 계획이다. 에딘버러대는 염료와 정공운송 유기 화합물과 같은 새로운 재료의 분자 디자인과 합성을 담당할 계획이다. * 간단한 샌드위치 구조를 보여주고 있는 복합폴리머 기반의 엑시톤. 태양전지 활성층은 나노구조 인터페이스를 제공하는 2가지 폴리머의 혼합물이다.