숲 모방한 염료감응형 태양전지 기술 개발

KAIST 기계공학과 고승환·성형진 교수팀은 숲을 모방한 산화아연 기능성 나노구조체를 만드는 기술을 개발, 이를 염료감응형 태양전지에 적용해 에너지 변환효율을 세계 최고 수준으로 크게 향상시켰다고 31일 밝혔다. 염료감응형 태양전지는 산화티타늄 나노입자로 이루어진 무질서한 다공성 구조체를 전극 재료로 이용하는데 이 전극에서 생성된 전자가 다공성 구조체를 지나면서 생기는 정공-전자 재결합으로 인해 에너지 손실이 많았다. 연구팀은 자연계에서 무성한 나뭇가지로 나뭇잎이 햇빛을 효과적으로 흡수할 수 있도록 한 구조에 착안해, 산화아연(ZnO) 나노와이어로 합성된 ‘나노 나무’와 그들의 집합체인 ‘나노 숲’을 구현했다. 이 나노구조체를 이용해 광반응으로 생성된 전자의 손실을 크게 줄여 염료감응형 태양전지의 효율을 3~5배 향상시키는 데 성공했다. 또 염료감응형 태양전지에서 산화티타늄 나노다공성 구조체의 효율을 뛰어넘을 수 있다는 가능성도 세계 최초로 제시했다. 이번 연구 성과는 나노과학의 세계적 학술지인 ‘나노 레터스’지 1월호 온라인 판에 게재됐다. 고승환 교수는 “이번 연구로 태양전지 효율을 극대화해 이 분야에서 세계적 수준을 갖추게 됐다”며 “나노구조체가 광센서 디스플레이등의 다양한 전자기기의 성능향상의 연구에도 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.