초록 ▼

최종목표
고효율, 고신뢰성, 저비용의 후면전극 구조 유연기판 염료감응 태양전지 개발
- 변환효율: 8% @AM 1.5 G 1 sun, 셀 유효면적 0.4 ㎠
- 내구성: 초기성능 대비 80% 이상 Light Soaking Test
개발내용 및 결과
○ 상호 연결성이 우수한 광전극을 플라스틱 기판에 적용할 수 있는 독창적인 전사법을 세계 최초로 개발 (KIST)
○ 변환효율: 8.1% @AM 1.5 G 1 sun, 셀 유효면적 0.4 ㎠
○ 내구성: 초기성능 대비 84% Light Soaking

최종목표
고효율, 고신뢰성, 저비용의 후면전극 구조 유연기판 염료감응 태양전지 개발
- 변환효율: 8% @AM 1.5 G 1 sun, 셀 유효면적 0.4 ㎠
- 내구성: 초기성능 대비 80% 이상 Light Soaking Test
개발내용 및 결과
○ 상호 연결성이 우수한 광전극을 플라스틱 기판에 적용할 수 있는 독창적인 전사법을 세계 최초로 개발 (KIST)
○ 변환효율: 8.1% @AM 1.5 G 1 sun, 셀 유효면적 0.4 ㎠
○ 내구성: 초기성능 대비 84% Light Soaking Test
○ 유연기판에 적용할 수 있는 고신뢰성 고분자 블렌드계 전해질을 개발 (KIST)
○ 유연기판에 적용할 수 있는 상대전극 형성법 개발 (KIST)
○ 유연기판에 적용할 수 있는1, 2차원 나노구조체 합성: 나노막대, 나노리본, 나노시트 (서울대)
○ Electrospray법을 적용하여 전도성 CNT 박막 제작 (고려대)
○ 유연기판에 적용할 수 있는 SWCNT 후면전극을 이용한 염료 감응태양전지 개발
기술개발 배경
○ 염료감응 태양전지의 심미적 특징과 투광성, 약한 산란광에서의 우수한 특성을 이용한 실내용 및 건자재 일체형 발전 시스템 (BIPV) 및 자동차용 보조전원, 휴대폰이나 무전기와 같은 휴대 기기의 전원 등으로 응용이 기대됨.
○ 유리 기판 대신 금속이나 플라스틱 기판을 사용하는 플렉서블 염료감응 태양전지는, 연속인쇄공정이 가능하며, 가벼우면서도 휴대성이 뛰어나고, 형태 자유도를 부과할 수 있게 됨.
따라서, wearable photovoltaic, 군사용과 포터블 기기의 보조전원 등으로 넓은 응용이 가능함. 따라서 염료감응 태양전지의 응용의 폭을 더욱 확대할 수 있는 기술을 구현할 수 있을 것으로 예측됨.
○ 현재 상용화 단계의 염료감응 태양전지의 구조는 1991년 스위스 연방공대 그랏첼 교수가 제안한 구조에서 큰 변화없이 사용하고 있음. 이런 구조에서는 비교적 가격이 비싼 투명전도성 기판 (TCO: Transparent Conducting Oxide) 가 두 장을 사용하므로, TCO 에 대한 가격 의존성이 큼.
○ TCO 기판의 사용량을 줄일 수 있는 신구조와 신공정이 플렉서블 기판에 적용된다면, 염료감응 태양전지의 가격 경쟁력을 더욱 향상시키고, 원천기술을 확보할 수 있음.
○ 플라스틱 기판을 사용할 경우, 기판의 열안정성 문제로 광전극인 TiO2의 고온 신터링이 불가능하므로, 저온 신터링 방법을 이용하여아 함. 저온 신터링 방법을 사용하면 광전극 나노입자간 상호연결성 (interconnection) 이 부족하여서 광전자 전달이 용이하게 이루어지지 않아서 고온 신터링 공정 대비효율이 감소됨.
○ 플라스틱 기판을 이용할 경우, 광전극 입자의 상호연결성을 증대시킬 수 있는 새로운 공정이 적용되어야 함.
핵심개발 기술의 의의
○ 초저가 고효율 플라스틱 태양전지 개발의 가능성 제시
○ 원천성 있는 태양전지 구조 및 제작방법 개발
적용 분야
○ 유연기판 플라스틱 태양전지가 적용가능한 모든 분야:
- 휴대성이 요구되는 곳의 기능성 전원 및
- 자동차의 선루프나 후면 유리와 같이 곡면에서도 탈부착이 가능한 태양전지

목차 Contents

• 최종보고서 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 9
• 목차 ... 16
• 제 1 장 서론 ... 18
• 제 1 절 과제의 개요 ... 18
• 1. 태양전지 종류와 염료감응 태양전지 작동원리 ... 18
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 27
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 27
• 1. 최종목표 ... 27
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 36
• 1. 1차년도 ... 36
• 2. 2차년도 ... 37
• 3. 3차년도 ... 38
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 39
• 1. 기술 개발 내용 ... 39
• 가. 전사법 개발 & 효율 및 안정성 확보 기술 : KIST ... 39
• 1). 전도성 기판이 없는 후면전극 플라스틱 태양전지에 적용 가능한 전사법 개발 (광전극에 적용) ... 39
• 2). 전도성 기판이 없는 후면전극 플라스틱 태양전지 특성 분석 ... 40
• 3). 전도성 기판이 없는 고효율 후면전극 플라스틱 태양전지 ... 41
• 4). 전도성 기판이 없는 후면전극 플라스틱 태양전지의 장기 안정성 ... 42
• 5). 전사법을 광전극과 상대전극에 적용하여 전도성 기판이 없는 플라스틱 태양전지 개발 ... 43
• 나. 광흡수 및 광전자 전달층 : KIST, 서울대 ... 45
• 1). 유기용매 상에서 1차원 및 2차원 산화티타늄 나노구조체 합성 ... 45
• 2). 리간드 포함 TiO2 나노입자의 광전자 전달층으로의 적용 ... 46
• 3). TiO2 나노입자의 리간드 제거 및 페이스트 용매로의 분산 방법 개발 ... 47
• 4). 리간드가 제거 된 친수성 TiO2 나노입자를 광전자 전달층으로 적용 ... 48
• 5). 리간드가 제거 된 친수성 TiO2 나노입자를 저온에서 소성하여 광전자 전달층으로 적용 ... 49
• 다. 광전자 수집층 : KIST, 고려대 ... 50
• 1). 전기방전법으로 합성한 SWCNT ... 50
• 2). 다공성 전도성 비금속 전극 개발 ... 50
• 3). 미세패턴 형성 기술 및 CNT 정렬도 ... 57
• 4). 염료감응태양전지용 SWCNT 후면전극 기술 ... 61
• 라. 전해질 : KIST ... 64
• 1). 내부식성 전해질 개발 ... 64
• 마. 상대전극층 : KIST, 고려대 ... 65
• 1). 전사법을 상대전극에도 응용하여 TCO가 없는 상대전극 확립 ... 65
• 2). Pt 입자 저온형성 ... 66
• 3). CNT박막 전극을 이용한 Pt 전극 대체 ... 67
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 68
• 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 68
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 69
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 69
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 69
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 70
• 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ... 70
• 가. 연차별 연구결과 ... 70
• 나. 기술 개발 결과의 기술적 수준 ... 71
• 다. 연구개발 실적 목록 ... 72
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 73
• 1. 기술개발팀 편성도 ... 74
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망(당초 기술개발 시작 시점의 조사와 변화된 것 위주로 기술) ... 75
• 제 4 절 고용 창출 효과 ... 78
• 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 79
• 끝페이지 ... 79