광화학소재연구회

정보출처 http://www.photonics.com/content/news/2006/July/27/83608.aspx 새로운 물질이 유기 태양전지에 통합되어 개회로전압(open-circuit voltage)이 두 배로 되었으며 실리콘보다 훨씬 더 저렴한 고효율 광기전셀의 제작 가능성이 입증되었다고 프로젝트 관련자들은 말했다. 유기광기전기술 개발사인 글로벌포토닉에너지 주식회사(Global Photonic Energy Corp.)와 남캘리포니아 대학교(University of Southern California : USC), 프린스턴 대학교(Princeton University) 및 미시건 대학교(University of Michigan)의 협력으로 수행된 이 연구로 광기전셀의 출력전력이 증대되었는데, 이는 킬로와트시간(kilowatt-hour)당 비용을 감소시킨다. 연구진은 0.97V의 개회로전압을 달성하면서도, 출력전력은 제어 유기 태양전지보다 50퍼센트 이상을 얻었다. 고효율 유기 태양전지는 개회로전압이 대개 0.54V다. 실리콘 태양전지는 0.71V 정도로 높은 개회로전압을 가질 수 있다. “이러한 최신 연구는 소분자 유기 태양전지에서 높은 개회로전압을 얻을 수 있으면서도 출력전력에서 이득을 볼 수 있다는 것을 입증한다”고 미시건대의 연구 부책임자이며 전기공학과, 재료공학과 및 물리학과의 윌리엄 굴드 다우 교수(William Gould Dow Collegiate Professor)인 스테판 R. 포레스트(Stephen R. Forres)는 말했다. 전통적으로 광기전 혹은 “태양” 전지는 실리콘 같은 무기 반도체로 만들어졌다. 효율적인 실리콘기반 소자들, 특히 표면적 넓은 소자들은 생산이 어렵고 비용이 들었다. 실리콘 전지는 부서지기 쉽고, 무거우며 불투명하여, 응용 및 이용 가능성을 제한했다. 소비자들에게 있어 태양발전은 여전히 석탄발전보다 4~6배 더 비싸기 때문에 가격은 태양전지 산업에 있어서 결정적인 요소다. 미국 에너지부의 국제에너지전망 2005(International Energy Outlook 2005)에 따르면, 전기 수요가 2025년까지는 거의 두 배가 될 것이며, 11조 7천억 킬로와트시간의 용량이 요구되는데, 온실가스 영향을 완화하고 세계방출기준에 부합하기 위해서는 태양 에너지가 이러한 요구를 충족시키는데 큰 역할을 해야 한다. 전 세계 태양전지 생산은 지난 20년 간 매년 25퍼센트 성장했고, 2005년에는 매상이 90억 달러에 달했다. 이러한 가속적인 성장은 반도체 실리콘에 대한 전 세계적인 부족을 초래했고, 태양전지 가격을 상승시켰다. 최근의 노력들은 “유기” 반도체 물질의 이용에 초점이 맞춰졌다. 유기 반도체는 도처에 존재하는 원소인 탄소를 함유하고 있으며 극히 낮은 생산비와 높은 출력전력의 달성 가능성을 가지고 있다. 유기 물질들은 극박성, 유연성이 있고 넓은 면적에 응용될 수 있는데, 여기에는 곡면 혹은 구면도 포함된다. 유기층들은 극히 얇기 때문에, 투명한 태양전지가 제조될 수 있어 그 기본적인 기능을 유지하는 발전창(power-generating windows)을 만들 수 있다. USC, 프린스턴 및 미시건 연구진은 미시건의 포레스트와 USC의 마크 E. 톰슨(Mark E. Thompson)이 이끌고 있는데, 글자 그대로 고도로 효율적인 나노구조로 한꺼번에 합성된 분자인 유기 “소분자(small-molecule)” 소자에 초점을 맞춰왔다. 유기 물질은 분무칠과 유사한 저온법을 이용하여 사실상 어떠한 표면에도 응용될 수 있다. 이런 형태의 생산법은 연속적인 이른바 “롤투롤(roll-to-roll) 제조공정에 쉽게 적용될 수 있으며 생산비를 극적으로 줄일 가능성을 쥐고 있다. 유기 물질은 구부리는 응용분야에도 이용될 수 있으며, 심지어는 건물에 있는 창문필름처럼 작용하는 광기전셀을 만드는 데도 이용될 수 있다. 연구진은 자신들의 성과를 'Journal of the American Chemical Society' 6월 2일자에 상세히 설명했다. 자??문하라.