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창문에 비친 햇빛으로 전기를 만든다면...?

염료감응형 태양전지는 유리와 유리 사이에 칠한 특수한 염료가 마치 식물이 광합성을 하듯 태양광을 전기로 전환시키는 기술입니다.

대덕연구개발특구지원본부 전략 R&D사업의 지원을 받은 염료감응형 태양전지 창호가 건자재로써 사용이 가능토록 개발됐습니다.

창호

이번 개발품은 투명컬러 형태의 유리창 구현이 가능하고 흐린 날에도 발전할 수 있는 등 기존의 실리콘계 태양전지에 비해 BIPV에 적용할 수 있는 가능성이 높은 것으로 평가받고 있습니다.

이번에 개발된 제품은 지식경제부가 대덕특구본부의 전략산업R&D사업을 통해 사업화를 지원해 개발된 것으로 ETRI와 한국화학연구원, 한국에너지기술연구원, 동진쎄미켐, 비즈니스전략연구소 등 6개 기관이 참여한 산학연 연계 협력 형태로 진행됐습니다.

이번 개발에서 화학연구원은 세계 최고 성능의 고순도 염료(N719)의 대량 합성 및 정제기술을 확보했습니다.

염료감응형 태양전지로 만든 자동차용 썬루프

또 에너지기술연구원은 장기 안정성이 확보된 젤형 전해질 기술을 완성했습니다.

또한 동진쎄미켐은 염료감응 태양전지의 수명과 효율과 직결되는 핵심기술인 셀기술에서 11%대의 광전변환효율 수준을 확보했습니다.

건자재 업체 이건창호에 따르면 대덕특구본부 전략산업 R&D사업을 지원받아 최근 생산한 태양전지 창호 시제품이 자체 건자재 시험테스트를 통과해 국내 최초로 염료감응형 태양전지 창호의 건자재 적합성을 확인했는데요.

이건창호는 이와 관련하여 양산 계획 등 시장 진입 시기를 조절하면서 자체적 상용화 계획을 세우고 있습니다.







  용  어  설  명

BIPV(Building Interated Photovoltatics) : 건물일체형 태양광발전(창문형태로 많이 활용)




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2010. 12. 10. 03:00 대덕밸리과학소식/KAIST

유기태양전지는 반도체고분자의 광반응을 통해 전기에너지를 생산하면서도 고가의 실리콘을 사용하지 않아 가격이 저렴합니다.
또 잘 휘고 투명해 여러 분야에 적용 가능한 미래 친환경 에너지원입니다.

유기태양전지는 휴대 전자기기나 스마트 의류, BIPV(Building Integration Photovoltaic : 건물 외피에 전지판을 이용하는 건물 외장형 태양광 발전) 등 다양한 분야에 응용될 수 있습니다.

그런데 효율이 문제였습니다.

유기태양전지가 다른 태양전지에 비해 효율이 낮은 중요한 이유 중 하나는 태양빛을 받아 전자와 정공을 형성시키는 반도체고분자의 수송특성이 낮기 때문에 생성된 전자나 정공이 효율적으로 외부로 전달되지 못한다는 점입니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 반도체고분자의 수송 특성을 향상시키려는 다양한 연구들이 전 세계적으로 진행되어 왔습니다.

이 가운데 특히, 탄소나노튜브나 나노와이어 등을 이용해 전자나 정공의 빠른 수송 경로를 제공해주는 방법이 꾸준히 연구됐는데요.

그러나 전자와 정공이 동시에 탄소나노튜브나 나노와이어에 주입되어 자기들끼리 재결합 함으로써, 결국 외부에서 채집되는 전류가 증대되지 못하거나 오히려 감소하는 고질적인 문제가 발생했습니다.

이 같은 문제를 포함해 유기태양전지의 낮은 광변환 효율 등이 상용화에 걸림돌이 돼 이에 대한 성능향상이 시급히 요구돼 왔습니다.

이 같은 문제점을 우리나라 KAIST에서 해결했습니다.

김상욱 교수


KAIST 신소재공학과 김상욱 교수팀과 전기및전자공학과 유승협 교수팀이 탄소나노튜브를 유기태양전지에 적용해 에너지 변환효율을 크게 향상시키는데 성공했습니다.

 연구팀은 유기 태양전지의 반도체고분자에 붕소 또는 질소 원소로 도핑된 탄소나노튜브를 적용해 전자나 정공 중 한쪽만을 선택적으로 수송하도록 함으로써, 이들의 재결합을 막아 유기태양전지의 효율을 33%나 향상시켰습니다.

도핑된 탄소나노튜브가 적용된 유기태양전지의 구조 도식.(탄소나노튜브(까만 실같은 것)가 적용된 빨간 부분에서 광반응이 일어나서 전기에너지를 생산 할 수 있습니다.)

또 도핑된 탄소나노튜브는 유기용매 및 반도체고분자내에서 매우 쉽고 고르게 분산되는 특성을 보여, 기존의 값싼 용액공정을 그대로 사용해 효율이 향상된 태양전지를 만들 수 있음을 확인했습니다.

이번 연구결과로 반도체고분자가 이용되는 유기트랜지스터나 유기디스플레이 등 다양한 전자기기의 성능향상도 가능할 것으로 기대되고 있습니다.

이주민 연구원

유승협 교수













 용어설명

도핑 : 고순도로 된 물질의 전기적인 특성을 변화시키기 위해서 강제적으로 불순물을 고순도 물질내에 넣어주는 것. 이때 넣는 불순물을 도펀트라고  한다.

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