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색소 증감형 태양전지는 색소에 의해 광에너지를 이용하는 점에서 광합성과 비슷하다. 전지에 빛이 쪼이면 전지의 색소가 여기 상태가 되어 전자를 방출한다. 이 전자는 산화 치탄(TiO2)을 경유하여 투명전극에 달하여 외부로 흐른다. 한편, 전자를 방출하여 양이온이 된 색소는 다른 쪽의 전극에서 공급된 전자를 전해액의 요소를 경유하여 변환되어 본래의 상태로 돌아온다.
색소 증감형 태양전지의 큰 특징의 하나는 색이나 형상의 자유도가 높다는 점이다. 이용하는 색소로서 시안, 마젠타, 황색의 삼원색을 이용하여 적색이나 녹색, 청색 등 실제로 여러 가지 색의 전지를 사용할 수 있다. 흑색의 Si 태양전지에서는 생각할 수 없는 특성이다. 사각 Si 태양전지와 비교하여 형상이 삼각형이나 별 모양 등 자유로운 형상으로 전지를 제작할 수 있는 것도 색소 증감형의 이점이다. 플라스틱 기판을 사용하면 굽힐 수 있는 전지도 실현할 수 있다. Si 태양전지에 비해 대폭 가벼워진다.
또 하나의 큰 특징은 저렴하게 제조할 수 있다는 것이다. Si 태양전지에서 필요한 반도체 제조장치와 같은 대형 설비가 필요 없기 때문이다. 색소 증감형은 구조가 단순하기 때문에 양산하기 쉽다. 색소 증감형의 과제는 Si 태양전지와 비교하여 광전 변환효율이 낮다는 점이다. 최고 20%를 넘는 Si 태양전지에 비해, 색소 증감형 태양전지는 효율이 높은 것이라도 10 % 정도이다.
또한, 색소의 색을 변경하면 효율을 크게 변화한다. 따라서 색이나 형상의 자유도를 높이면 높일수록 효율은 떨어지는 경향이 있다. 예를 들면, 굽힘 전지에 사용되는 플라스틱 기판을 이용하는 타입은 유리 기판을 사용하는 것과 비교하여 효율이 떨어진다. 플라스틱 기판을 사용하는 편이 투명전극의 시트 저항이 큰 이유에서이다.
색소 증감형 태양전지의 원리 자체는 1970년대부터 알려져 왔다. 당시는 색소가 방출하는 전자를 용이하게 변환하는 기술이 확립되어 있지 않았기 때문에, 광전 변환효율은 0.1 % 정도로 매우 낮았다. 이러한 상황을 해소한 사람이 스위스 Ecole Polytecnique Federale de Lausanne(EPFL)의 Michael Gratzel씨이다. Michael Gratzel씨는 1991년에 7%가 넘는 광전 변환효율을 실현한 색소 증감형 태양전지의 논문을 발표한 것을 계기로 연구자의 관심이 집중되었다.
<첨부 자료> 색소를 사용하여 광에너지를 전기로 변환
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