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태광고등학교 자율동아리 E.E.M
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염료감응형 태양전지 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)는 염료감응 태양전지라고도 하며, 산화환원 전해질로 구성되어 있으며, 표면에 화학적으로 흡착된 염료 분자가 태양 …
Source: ko.wikipedia.org
Date Published: 2/20/2022
View: 475
염료감응형 태양전지 DSSC – 네이버 블로그
염료감응형 태양전지 DSSC … 유기염료의 한 분야에 염료감응형이 있다. … 이 염료분자가 태양빛을 흡수하여 전자를 내어 놓으면 여러경로를 통하여 전극에 …
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 2/22/2021
View: 3767
염료감응 태양전지 기술 및 미래전망 – Korea Science
염료감응 태양전지의 작동 원리 및 셀 구조를 그림 1에서 보여주고 있다. 표면에 염료 분자가 화학적으. 로 흡착된 n-형 나노입자 반도체 산화물 전극에 태양 빛(가시 …
Source: www.koreascience.or.kr
Date Published: 12/28/2022
View: 4013
실리콘 태양전지 대체할 염료감응형 태양전지 – 사이언스타임즈
염료감응형 태양전지는 염료와 전해질, 그리고 나노다공질 전극으로 구성돼 식물의 광합성 작용처럼 전기를 생산한다. 여기서 염료는 식물의 엽록소와 같이 태양광을 받아 …
Source: www.sciencetimes.co.kr
Date Published: 7/23/2021
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[논문]염료감응 태양전지 기술 및 미래전망
07 (주)오리온, 염료감응형 태양광전지 개발성공.. 연내 상용화 목표. 8. Tae-Hyuk Kwon and Do Hyun Ryu et al. (2016) Photoactive Thin Films: Indoline-Based …
Source: scienceon.kisti.re.kr
Date Published: 10/19/2022
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염료감응 태양전지의 기술동향과 과제 – 한국섬유소재연구원
유기계 태양전지는 전해액을 갖는 염료감응 태양전지(DSSC)와. 고체의 유기박막태양전지로 크게 나뉘고, 이글에서는 DSSC를 다룬다. ○ DSSC의 발전효율은 10.4%가 공인 …
Source: koteri.re.kr
Date Published: 12/17/2022
View: 1424
WO2016056743A1 – 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법
종래 염료감응 태양전지는 광음극, 양극, 전해질로 구성된다. 염료감응 태양전지의 전해질은 상에 따라 액체, 준고체, 고체 전해질로 분류되는데 액체 전해질은 빠른 이온 …
Source: patents.google.com
Date Published: 4/27/2022
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주제에 대한 기사 평가 염료 감응 형 태양 전지
- Author: 사이언스태광TV
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- Date Published: 2021. 7. 14.
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위키백과, 우리 모두의 백과사전
DSSC 작동 모식도
염료감응형 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)는 염료감응 태양전지라고도 하며, 산화환원 전해질로 구성되어 있으며, 표면에 화학적으로 흡착된 염료 분자가 태양빛을 받아 전자를 냄으로써 전기를 생산하는 전지이다.
염료감응형 태양전지는 빛에 민감한 양극과 전해질, 즉 광전자 화학 시스템 사이에서 형성되는 반도체를 기반으로 한다. 그레첼 셀 이라 불리기도하는 현대판 감응형 태양 전지는 1988년에 브로이언 오‘레간(Brian O’Regan)과 마이클 그레첼(Michael Grätzel)이 UC버클리(UC Berkeley)의 연구실에서 공동 발명했다. 이 물질은 후에 앞서 언급한 에콜 폴리 테크니크 페데랄 로잔(École Polytechnique Fédérale de Lausanne)에 소재한 과학자들이 성능을 향상시켰다. 1991년 마이클 그래첼이 개발한 최초의 고효율 DSSC가 발간될 때까지 계속되었다.
현대의 기술: 태양전지 반도체
전통적인 반도체의 경우, 태양전지는 두개의 도핑된 결정으로부터 생성된다. 하나는 자유 전도성 대역 전자를 추가하는 n형 불순물으로 도핑된 것(n형 반도체)이며 다른 하나는 양공을 추가하며 형성된 p형 불순물으로 도핑된 것(p형 반도체)이다. 접촉할 때, n형 부분의 일부 전자가 p형 부분으로 흘러 들어가서 없어진 전자를 채우는데, 이를 양공이라고도 한다. 결국 두 물질의 페르미 준위를 동일하게 하기 위해 충분한 전자가 경계를 넘어 흐르게 될 것이다. 결과적으로, 전하 운반자가 인터페이스의 각 측에서 고갈 및/또는 누적되는 인터페이스인 p-n접합부의 영역이 된다. 규소에서, 전자의 이러한 이동은 약 0.6V에서 0.7V까지의 잠재적 장벽을 만든다.
평가 [ 편집 ]
장점 [ 편집 ]
안정성이 매우 높아 10년 이상 사용하여도 초기 효율을 거의 유지한다.
실리콘계 태양전지와 비교했을 때 일광량의 영향을 적게 받는다.
기존에 비하여 제조공정이 단순하며 그로 인해 전지의 가격이 실리콘 셀 가격의 20~30% 정도이다.
단점 [ 편집 ]
전기 변환 효율이 기존의 태양전지에 비해 낮다.
전해질의 안정성이 높지 못하고 액체 전해질의 경우 휘발하는 성질이 있다.
아직 상용화 단계에 이를 만큼의 충분한 연구가 이루어지지 않았다.
현황 [ 편집 ]
현재 염료감응형 태양전지는 수많은 연구와 실험을 통해 성능이 많이 좋아졌고, 단점도 많이 보완되었다. 액체 전해질을 고체 전해질 등으로 바꾸는 등으로 전해질 누수나 휘발의 문제점도 해결되어가고 있는 추세이다. 최근에는 상용화된 전지도 출시되기도 했다. 그러나 아직 효율성은 실리콘계 태양전지에 비해 낮다는 단점을 가지고 있으며 고출력을 내는 제품에는 사용하기에 무리가 있다. 현재 대한민국을 비롯하여 세계적으로 높은 관심을 가지며 효율성 증진을 위해 연구를 하고 있고, 발전 가능성이 큰 전지라고 평가 받고 있다. 상용화되면 가격도 더 낮아질 것으로 전망된다.
참고 문헌 [ 편집 ]
고체전해질 염료감응형 태양전지 개발(3)보고서, 연구기관: 한국에너지기술연구원, 2008.12.31
태양전지 Ubiquitous 시대의 태양전지, 박창걸;전승표;박남규 공저, 2005, 한국과학기술정보연구원(Kisti)
외부 링크 [ 편집 ]
염료감응형 태양전지 DSSC
염료감응형 태양전지 DSSC(Dye-Sensitized Solar Cells)
유기염료의 한 분야에 염료감응형이 있다.
염료감응형 태양전지(DSSC,Dye-Sensitized Solar Cells)는
식물의 광합성과 가장 흡사한 원리로 동작하는 태양전지로서
나노크기의 다공질TiO2에 염료분자(일반적으로 CdS)를 흡착시켜 만드는데
이 염료분자 가 태양빛을 흡수하여 전자를 내어 놓으면 여러경로를 통하여 전극에 도달하게 하는 방식으로 동작한다.
금속에 빛을 쪼이면 전자가 튀어나오는 현상을 `광전효과’라고 한다.
디지털카메라나 CCTV, 태양전지와 같은 빛을 이용해 전류를 흐르게 하는 모든 장치는 이 효과를 적용한 것이다.
염료형 태양전지는
빛을 받아 전자를 발생시키는 염료를 흡착시킨 산화티타늄 전극과 전해질, 그리고 양극 역할을 하는 상대전극으로 구성된다.
카메라경우는 빛을 신호로만 이용할뿐 전력으로는 사용하지 않는다. 그저 잘보이는 부분에만 집중한다
염료감응형은
염료를 사용하기 때문에 염료감응형 또는 색소증감형 태양전지(Dye-sensitized solar cell), 광전기화학 태양전지라 불린다.
이 태양 전지는 아직 효율은 8%(모듈 기준) 이내로 낮지만 원료가 저렴하고 제조가 매우 용이한 장점이 있다.
또한 색상을 부여할 수 있고, 투명도를 확보할 수 있어 IT나 건축용 시장에서 유리한 특징을 갖고 있다.
염료감음형(DSSC)에서
염료란 물이나 기름에 녹아 단분자로 분산되어 섬유등의 분자와 결합하여 착색하는 유색물질로 안료와는 구별된다.
주로 사용되는 염료(dye)는 황화카드뮴(CdS) 양자점과 같은 염료가 많이 사용된다.
염료감응 태양전지에서는
황화카드뮴(CdS) 양자점과 같은 염료가 가시광선을 흡수해 들뜬 상태가 되면
고에너지의 전자를 주변의 산화티타늄(TiO2)에 전달해 전기를 생산하게 된다.
염료로 많이 사용되는 황화카드늄은
CdS센서로도 사용되는 물질로서
빛이 많이 들어오면 저항이 작아지고 적게들어오면 저항이 커지는 성질을 이용하여 빛의 유무를 파악하는데 이용된다.
동작원리는 다음과 같다..
태양빛(광)이 DSSC의 투명전극을 통과하여, TiO2 나노결정체에 흡수되어있는 염료(dye)를 조사하면
염료가 태양빛을 흡수하면 염료의 전자가 기저상태(Ground State)에서 여기상태(Excited State)로 광여기(photoexcitation)된다.
들뜬 전자는 TiO2의 전도대(conduction band)로 점프하게 되고
주입된 전자는 다공질의 TiO2의 막을 통해 확산되어 투명전극까지 도달하게 된다.
전극에 도달한 전자는 외부회로를 통해 상대전극으로 이동하여 빛을 내는 것.
반대로, 전자를 TiO2에 빼앗긴 염료는 전해질 (요오드화물 이온(iodide ion))로부터 전자를 얻어 환원되고
요오드화물(iodide)은 요오드(iodine)로 산화되고 요오드(iodine)는 상대전극으로부터 전자를 얻어
요오드화물(iodide)로 역시 환원된다
이 과정이 반복되는 것으로 태양전지가 동작되며 산화환원과정의 반복이다.
TiO2는 수십nm의 미립자가 적측한 다공구조이고 그 표면에 흡착된 염료는 1nm의 크기다.
염료가 빛을 흡수하는데 N719가 염료로 많이 사용되고 전해액인 NCS-를 매개로 전자이동이 생긴다.
이때 TiO2 와 NCS-가 강하게 서로 흡착하여 흐름을 방해하는데 D131같은 흡착연료를 TiO2표면에 동시흡착하면
TiO2 와 NCS-의 강한 상호작용을 억제하여 효율향상을 기대할수 잇다.
이산화티타늄(TiO2)
이산화티타늄(TiO2)은 화학적으로 안정된 물질로서
광촉매 코팅재료,페인트,잉크,제지,고무,플라스틱에 섬유광택도 조절용과 자외선차단제,살균,탈취,태양전지에 사용된다.
나노분말용 고순도 이산화티타늄(TiO2)은 수요가 많다.
TiO2나노튜브에 나노입자를 결합시키면 나노튜브의 넓은 표면적과 높은 염료저장능력으로 기존대비 100%의 효율향상이 이뤄진다..
더욱 효율적인 구조로의 진화 ::
DSSC는
빛을 받아 전자를 발생시키는 염료를 흡착시킨 산화티타늄 전극과
전해질,
그리고 양극 역할을 하는 상대전극으로 구성된다.
여기서 염료를 통해 발생된 전자가 산화티타늄 전극을 통해 전달되는 과정에서 손실이 발생되어 효율이 떨어지는 문제가 있다.
이를 개선하기 위해 전극의 염료 흡착 표면적을 넓히고 전자전달 효율을 높이는 게 숙제다.
TiO2 나노튜브와 나노입자를 활용하면
기존대비 100%이상의 효율향상이 기대되는데
나노입자의 높은 표면면적과 나노튜브의 증가된 집광효율성은
8,18,29 마이크로미터 나노튜브에 따라 152%,107%,49%로 광변환효율이 증대된다.
염료감응 태양전지를 이용해
전기를 생산하는 대신에 NAD(P)+로부터 NAD(P)H를 재생하는데 성공했다.
더 나아가 재생된 NAD(P)H를 산화환원효소 반응과 연결시켜 고부가가치의 정밀 화학물질을 생산하는 ‘인공광합성’ 기술을 개발해냈다.
태양전지 기술을 이용해 NAD(P)+로부터 NAD(P)H를 재생시키는 자연광합성의 명반응을 모방했다.
또 암반응 과정을 산화환원효소로 대체해 효소반응을 이용했다.
효소는 단백질로 이루어진 생체촉매를 일컫는 말로,
기존에 산업적으로 사용되는 촉매와는 달리 상온, 상압, 중성 pH의 온화한 조건하에서
부산물의 생성 없이 특정 화학물질만 선택적으로 합성할 수 있다는 장점이 있다.
식물 광합성과의 유사성::
식물은 태양빛을 이용해 물과 이산화탄소로부터 생물의 에너지원인 탄수화물을 생산하는데
이런 광합성과정을 가자 유사한 방법으로 동작하는 태양전지가 염료감응형이며 제조비용이 저렴하며 가장 기대되는 기술이다.
식물의 광합성은 크게 명반응과 암반응으로 구성돼 있다.
명반응은
엽록소와 효소 등으로 이루어진 엽록체에서 일어난다.
엽록소는 태양빛을 흡수하면 에너지적으로 들뜬 상태가 된다.
이 들뜬 에너지는 주변으로 높은 에너지의 전자를 전달해 일련의 화학반응을 일으키게 한다. 이러한 화학반응을 통해 식물은 물을 분해해 산소를 생성한다. 뿐만 아니라 다양한 화학반응의 에너지원인 ATP와 NAD(P)H를 만들게 된다. 광합성에서는 엽록소가 가시광선을 흡수해 들뜬 상태가 되면 고에너지의 전자를 주변에 전달해 NAD(P)+로부터 NADPH를 재생한다. 둘째로 암반응 과정을 거쳐서 탄수화물이 만들어 진다. 이렇게 생성된 ATP와 NADPH는 암반응 과정(캘빈회로, calvin cycle)을 통해 이산화탄소로부터 탄수화물을 합성하는데 이용된다. NAD(P)+로부터 NADPH를 재생하는 자연광합성의 명반응과 염료감응 태양전지의 유사성은 주목의 대상이다 식물은 빛을 에너지로 바꾸는 기술을 수억년 동안 개발하여 에너지 효율이 95%이상까지 구현했다. 이들은 빛의 모든 파장을 이용하지 않고 가시광선중 적색 부분을 많이 이용하고 녹색은 반사한다. 아래 그림은 주변의 잎에서 일어나는 광합성과정이다. 원리가 비숫한 광합성을먼저 컨닝하자. 광합성식물은 물과 이산화탄소와 햇빛을 이용하여 산소와 포도당을 만든다. 즉 엽록소색소가 햇빛을 흡수하여 에너지를 전자에 전달하고 이 전자가 이산화탄소를 환원시켜 포도당을 얻는다. 이때에도 전자가 관계하며 빛에너지를 증폭시켜 강한에너지를 가진 전자를 만들게 하는 구조를 가지고 있다. 광계2(PhotoSystem2)와 광계1(PhotoSystem1)를 거치면서 에너지원인 NADPH를 만들고 이것이 포도당합성에 이용된다. 즉 세포속의 엽록체에서 그라나와 스토로마가 있고 그라나속에 아래 그림의 엽록소가 있다. 그라나에는 엽록소가 빛을 모으면 명반응(물에서 수소와 산소생성)이 일어나고 스트로마에서는 암반응(이산화탄소에서 포도당생성)이 일으나는 구조로 광합성이 동작된다. 정리하면 식물의 광합성은 크게 태양 에너지를 사용하는 명반응과 태양 에너지와 관계없이 일어나는 암반응으로 나뉜다. 명반응은 엽록체 안의 틸라코이드 내막이라는 곳에서 일어나는데, 빛 에너지는 이곳에서 물을 광분해해서 양성자(프로톤·H+)와 산소(O₂) 그리고 전자(e-)를 만들어낸다. 양성자는 세포 내부의 생리 현상을 일으키는 데 쓰이고, 전자는 틸라코이드 막을 통해 빛처리 시스템인 광계Ⅰ과 광계Ⅱ 과정을 거치면서 여러 분자들과 산화와 환원 작용을 한다. 광합성을 통해 태양 에너지가 다당류로 변환되는 수율은 25~27%에 불과하다. 하지만 이는 이론적인 계산에서고, 실제로는 이보다도 훨씬 낮아 4~5%에 불과하다. 식물세포 <-- 엽록체 <-- 그라나(엽록소포함,명반응) + 스트로마(암반응) + 기타구조 식물이 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 효율은 최대 95%를 상회하는데 효율극대화를 위해 1) 세포안의 엽록소들이 빛의 세기와 방향에 따라 이동하여 효율을 높이고 2) 단백질과 엽록소가 협동하여 양자결맞음(quantum coherence)을 유도하여 수백펨토초이상 지속시켜 에너지를 옆색소로 전달. 양자결맞음현상: http://cafe.naver.com/wallliveing.cafe?iframe_url=/ArticleRead.nhn%3Farticleid=1085 양자결맞음현상은 고분자유기반도체에도 존재하여 실험에서 20여개의 고분자사슬에 250fs이상 양자결맞음을 유지시켰다고 함. 인류의 합성고분자에서 이것이 구현되면 에너지효율이 많이 좋아 질것으로 기대되고 있다. 광합성 추가정보는 여기를 참조.. http://blog.naver.com/msnayana/80067670695 http://cafe.naver.com/gsg167.cafe?iframe_url=/ArticleRead.nhn%3Farticleid=508 http://www.foreston.go.kr:8080/cms/viewHtml.do?menuid=70003&cc_idx=70002 광합성이 전체 빛에너지의 이용효율을 분석해보면 태양광선전체에서 광합성에 이용되는 빛에는지는 5%정도로 광합성효율은 빛과 온도와 C02농도에 영향을 받는다. 아래그림이 빛파장에 따른 광합성영역이다. 상기 그림은 인류의 태양전지가 희망이 있음을 보여준다. 즉 가시광선의 특정영역에서는 엽록체가 월등히 우수하지만 자외선과 적외선을 합치면 달라질수 있다는 이야기가 된다. 태양전지는 물과 이산화탄소는 필요치 않고 햇빛으로 전기를 만든다. 태양전지는 태양빛을 이용하기에 태양빛의 파장대별 에너지를 이용할수 있다. 먼저 태양의 파장대별 에너지를 살펴보자. 태양광의 세기는 위치와 계절과 시간대별로 다르지만 일반적으로 본 태양광은 위의 분포를 보인다. 즉 지표면과 산위와 인공위성에서 받는 빛의 주파수별 에는지는 각기 다르다. 현재의 태양전지의 족보이다. 아래는 현재 개발된 태양전지들의 광전환 효율들이다. 당장 보아도 식물의 95%에는 비교가 되지 않음을 알수있다. ================================================================================================= 유 형 전환효율 (셀) (모듈) 추가기술투입요소 이용파장영역 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 단결정 실리콘 24% 13% 비용감소,수율향상 ? 제조비용높다 다결정 실리콘 18% 11% 단순화,비용감소 ? 비정질 실리콘 13% 7% 안정성,효율,수율향상 ? CuInSe2 19% 12% 수율향상,인듐대체제 ? 염료감응형 12% 7% 효율,안정성,규모 ? 제조비용저렴 AlGaAs/Si 20% ? 생산규모,재료비감소 ? 유기물태양전지 3% ? 효율향상 ? ------------------------------------------------------------------------------------------------- 식물(엽록체) 95% 95% 온도에 따른 효율차이 가시광선(450~700) ================================================================================================== By 수수깡
실리콘 태양전지 대체할 염료감응형 태양전지 – Sciencetimes
태양전지는 태양광에너지, 즉 햇빛의 에너지를 전기에너지로 바꾸는 것인데, 최근 신재생에너지에 대한 관심이 커지면서 시장 역시 성장세를 거듭하고 있다.
특히 염료감응형 태양전지는 현재 시장을 주도하고 있는 실리콘 태양전지를 대체해 나갈 유력한 차세대 태양전지로 꼽힌다.
염료감응형 태양전지는 벽면이나 유리창 등 어디라도 설치할 수 있는 것은 물론 실리콘 태양전지에 비해 제조비용도 적게 드는 게 특징이다. 태양전지 전문제조업체 다이솔 티모는 최근 이 같은 염료감응형 태양전지의 대량생산을 위한 시범 생산라인 구축을 완료, 본격적인 대량생산에 나섰다.
태양광에너지는 화석연료처럼 고갈될 우려가 없고, 이산화탄소 등의 환경 오염물질도 배출하지 않기 때문에 에너지 위기를 해결할 가장 현실적인 에너지원으로 꼽힌다.
현재 태양전지 시장은 1세대에 해당되는 실리콘 태양전지가 주도하고 있으며, 실리콘 박막전지, 염료감응형 태양전지, 유기태양전기, 화합물 박막 태양전지 등이 차세대 태양전지 기술로 평가되고 있다.
실리콘 태양전지는 태양광에너지가 전기에너지로 바뀌는 광전효과를 이용한 것이다. 즉 p형과 n형 반도체를 접합시킨 뒤 태양광을 받았을 때 이들 반도체 사이를 이동하는 전자의 흐름을 통해 전기를 발생시키는 것.
이 같은 실리콘 태양전지의 가장 큰 단점은 반도체에 사용되는 실리콘을 이용함으로써 제조원가가 높고, 햇빛이 태양 전지 표면에 수직으로 비출 때만 최대 효율을 얻을 수 있다는 것이다.
염료감응형 태양전지는 염료와 전해질, 그리고 나노다공질 전극으로 구성돼 식물의 광합성 작용처럼 전기를 생산한다. 여기서 염료는 식물의 엽록소와 같이 태양광을 받아들여 전기를 만들어내는 역할을 담당하고, 나노다공질 전극은 전기의 통로 역할을 수행한다.
한마디로 염료감응형 태양전지는 식물의 광합성 작용처럼 색을 입혀 놓은 유리가 태양광에너지, 즉 햇빛을 전기에너지로 바꿔주는 방식으로 전기를 생산한다. 이 때문에 햇빛이 있는 곳이면 실내외 어느 곳에서든 전기를 생산할 수 있다. 또한 태양이 비스듬히 비추거나 그늘진 곳에서도 일정한 발전이 가능하다.
염료감응형 태양전지는 다양한 색상을 넣거나 투명하게 제작하는 것이 가능해 벽면이나 유리창 등 다양한 형태로 활용할 수 있다. 특히 실리콘 태양전지에 비해 에너지 변환효율이 낮지만 원재료가 싸고 단순 도포장치의 활용으로 제조단가 역시 실리콘 태양전지의 5분의 1에 불과하다.
국내 태양전지 전문제조업체인 다이솔 티모는 최근 염료감응형 태양전지 시범 생산라인을 구축, 내년부터 본격적인 대량생산에 나설 방침이다.
2010년부터 대량생산 나서
현재 관련업계에서는 염료감응형 태양전지 시장이 2010년 1천억원, 2015년에는 1조원 이상의 거대 시장을 형성할 것으로 예측하고 있다.
특히 태양광발전 수요가 급증함에 따라 기존 실리콘 태양전지의 원료인 실리콘이 품귀 현상을 빚고, 이로 인해 가격 상승이 불가피함에 따라 염료감응형 태양 전지의 중요성은 더욱 커질 것으로 전망되고 있다. 일본, 유럽, 그리고 일부 국내 업체들이 염료감응형 태양전지 개발에 사활을 걸고 있는 이유도 여기에 있다.
다이솔 티모는 국내 정보통신업체인 티모테크놀로지가 호주의 염료감응형 태양전지 전문업체인 다이솔과 공동으로 지난해 7월 500만 달러를 투자해 설립한 회사다. 티모테크놀로지는 다이솔 티모에 전자부품 모듈, 그리고 다이솔은 감광염료를 공급하는 역할을 담당하게 된다.
다이솔 티모는 지난달 13일 구축이 완료된 염료감응형 태양전지 시범 생산라인을 이용해 시제품 생산에 나섰는데, 내년부터 본격적인 양산에 들어갈 계획이다. 다이솔 티모는 특히 이 같은 일정이 차질 없이 추진될 경우 향후 1조원 규모로 예상되는 염료 감응형 태양전지 시장에서 주도권을 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
문병무 다이솔 티모 대표는 “염료감응형 태양전지는 실리콘 태양전지에 비해 생산 원가가 5분의 1 수준에 불과하고 초기 설치비도 저렴해 높은 효율성을 갖추고 있다”며 “본격적인 양산에 돌입하게 되는 내년부터는 새로운 시장을 창출해 나갈 수 있을 것” 이라고 말했다.
효율 높은 탄소나노튜브 전극 이용
다이솔 티모가 이처럼 염료감응형 태양전지 대량생산에 나설 수 있었던 것은 한국전기연구원이 개발한 탄소나노튜브 전극이 있었기 때문이다.
기존 연구실 차원에서 개발됐던 대다수의 염료감응형 태양전지는 전력변환 효율이 낮아 상용화에 큰 어려움을 겪어왔다. 또한 큰 면적으로 셀을 제작하는 것이 어려워 대량생산 역시 힘들었다.
실험실에서 제작되는 작은 단위의 셀 형태로는 8~11%의 고효율을 구현하지만 상용화를 위해 큰 면적으로 제작할 경우 5%의 효율을 넘지 못했던 것. 하지만 다이솔 티모와 한국전기연구원이 개발한 염료감응형 태양전지는 작은 단위의 셀 효율이 8.5%, 가로세로의 길이가 각각 10cm인 대면적 셀의 효율 역시 6%에 달하는 등 본격 상용화가 가능한 것으로 평가되고 있다.
특히 탄소나노튜브 전극은 염료감응형 태양전지에 일반적으로 사용되는 고가의 백금 전극에 비해 가격이 저렴하고, 화학적인 안정성이 뛰어나 태양전지의 특성은 유지하면서도 제작비용을 크게 낮출 수 있다는 장점이 있다.
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[논문]염료감응 태양전지 기술 및 미래전망
광전기화학적 태양전지인 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cells) 는 광합성 원리를 이용 하며 이것은 반도체 접합 태양전지에서는 찾아 볼 수 없는 독특한 구조이다. TiO2 나노입자를 사용하므로 반투명하면서도 다양한 색상구현이 가능하기 때문에 태양광 발전창호와 같은 BIPV(building integratedphotovoltatics) 나 자동차의 선루프로 응용이 가능하다는 뚜렷한 특징이 있다.
염료감응 태양전지의 구조는 어떠한가?
WO2016056743A1 – 염료감응 태양전지 및 이의 제조방법 – Google Patents
H — ELECTRICITY
H01 — BASIC ELECTRIC ELEMENTS
H01L — SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
H01L31/00 — Semiconductor devices sensitive to infra-red radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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