염료감응 태양전지 기술개발 가속화
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특허청, 2007년 특허출원 60건으로 급증 … ETRI는 리비아와 공동연구 급격한 유가상승과 지구온난화 등 환경문제에 따라 기존 화석원료 대체의 수준을 넘어선 새로운 에너지 체계, 에너지에 대한 패러다임의 변화가 요구되고 있는 가운데 태양광, 풍력, 조력 발전이 주목되고 있다.특히, 지형이나 기후의 영향을 상대적으로 덜 받는 태양광 발전이 환경 친화성이나 경제성에 더해 산업적인 시너지 효과 기대로 산ㆍ학ㆍ연의 관심과 투자가 집중되고 있다. 특허청에 따르면, 태양광을 전기로 직접 변환하는 핵심소자인 태양전지의 2003-07년 특허출원 건수는 2003년 53건에서 2007년 357건으로 약 6배 이상 증가한 것으로 나타났다.
이에 따라 태양전지의 원가 절감을 위해 광전 변환효율 및 재료비 절감에 대한 연구가 지속되고 있고, 최근의 고유가 역시 태양전지의 상대적인 경제성을 증가시키고 있다. 1세대 태양전지는 주로 결정질 실리콘을 사용하는 것으로, 현재 전체시장의 90%이상을 차지하고 있으나, 웨이퍼의 사용 등 높은 원가가 문제점으로 남아있다. 2세대 태양전지는 고가의 웨이퍼 대신 유리나 플래스틱 기판에 광흡수층을 박막형태로 증착해 제조하는 것으로, 박막층에는 비정질 실리콘이나 황동계(Chalcopyrite) 화합물이 사용되고 있는데, 비정질은 효율이 낮고 황동계 화합물은 효율이 높은 반면 대량생산 공정에 대한 기술이 부족한 상황인 것으로 알려졌다. 최근에는 태양전지의 원가 절감을 위한 가장 유력한 대안으로 유기 태양전지가 주목을 받고 있는데, 특히 식물의 광합성원리를 응용한 염료감응 태양전지의 특허 출원이 크게 급증하고 있는 것으로 나타났다. 염료감응 태양전지는 염료가 태양빛을 받아 전자를 반도체 산화물에 전달하는 현상을 이용하는 것으로 현재까지는 낮은 광전 변환 효율로 인해 상용화에는 어려움이 있을 것으로 예상됐지만, 최근 한국전자통신연구원(ETRI)에서 7.4%의 효율을 갖는 염료감응 태양전지기술을 개발하고 리비아와 5년간 1500만달러를 투자해 공동 기술개발에 착수하는 등 관련분야 연구가 가속화되고 있다. 염료감응 태양전지는 1988년, 1991년에 스위스의 그레첼 등이 미국에 최초로 특허 등록한 것으로, 특허권이 2008년 10월에 소멸해 상대적으로 원천기술에 대한 진입 장벽이 낮은 장점이 있고, 유기물 소재 특유의 유연성과 가벼움, 환경 친화성과, 제조원가를 기존 실리콘 소재 태양전지에 비해 획기적으로 낮출 수 있는 경제성을 갖추고 있어 더욱 활발한 연구개발 및 특허 활동이 기대되고 있다. 표, 그래프: | 염료감응 태양전지 특허출원 동향 | <화학저널 2008/7/17> |
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