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고려대 세종캠퍼스, 높은 효율 나타내는 포피린 염료 개발
저가·장수명·고효율 염료감응 태양전지 상업화 가능성 높여
2016년 12월 19일 (월) 19:28:11

[대학저널 유제민 기자] 고려대학교(총장 염재호) 세종캠퍼스 신소재화학과 연구진이 염료감응 태양전지 분야에서 고효율 염료로 각광받고 있는 포피린 염료를 이용, 세계 최고 수준의 광전변환효율을 나타내는 포피린 염료를 개발했다.

   
▲김환규 교수

포피린(porphyrin)은 넓게 동식물체에 존재하는 포르핀 유도체로 센서, 생리의학 및 에너지 분야에서 각광받고 있는 소재이다. 염료감응 태양전지 분야에서는 최고의 광전변환 효율을 나타내는 것이 바로 이 포피린 염료이다.

이번 연구는 한국연구재단 '중견 연구자 지원사업'의 일환으로 진행됐으며 고려대 세종캠퍼스 신소재화학과 김환규 교수 및 강성호 박사과정 연구팀에서 주도하고 연세대 박종혁 교수팀이 참여했다.

김환규 교수 연구팀은 최고 효율을 나타내는 기존의 포피린 염료를 능가하는 세계 최고 효율의 포피린 염료를 개발하고 이를 적층형 병렬 태양전지에 적용, 14%의 광전변환효율 태양전지 소자를 구현했다. 또 고전압 적층형 직렬 태양전지를 물분해를 이용해 외부의 인가전압 없이 순수한 염료감응 태양전지만으로 5.4%의 수소변환효율을 달성했다.

이는 단순히 염료감응 태양전지 염료합성 기술을 넘어서 다양한 소자기술을 통해 염료감응 태양전지가 여러 분야에 적용될 수 있다는 가능성을 보여줌과 동시에 그 효율 또한 세계 정상급 수준을 나타냈다는 것이 학계의 평가다.

최근 전 세계적으로 염료감응태양전지의 상업화를 위해 고효율 염료감응 태양전지 개발에 많은 연구가 집중되고 있으며 고효율 염료감응 태양전지 실현을 위해서는 전지를 구성하고 있는 각 구성 요소 재료(염료, 광전극, 전해질, 상대전극)에 대한 개별적인 고성능화 연구와 이들 간의 조화로운 융합이 필요하다.

그중에서도 이번 고려대 연구진의 포피린 염료는 기존의 낮은 전압을 보이는 포피린 염료를 분자공학을 통한 예측 및 합성으로 개발된 것이다. 이를 통해 최고 수준 효율의 적층형 병렬 염료감응 태양전지뿐만 아니라 직렬연결을 통한 고전압 염료감응 태양전지를 이용, 외부의 도움 없이 염료감응 태양전지만으로 물분해가 가능하다는 것이다.

이번 연구결과는 화학·나노과학·에너지 및 재료 분야의 권위 있는 학술지인 'Advanced Energy Materials' 온라인 판에 게재됐다.(논문명: Zn-Porphyrin Sensitisers as World Champion Exceeding Dyes for Dye-Sensitised Solar Cells and their Tandem Solar Cells for Water Splitting Applications)


유제민 기자 yjm@dhnews.co.kr
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