다나까 귀금속그룹의 제조 사업을 전개하는 다나까 귀금속공업 주식회사가 광전 변환 파장역을 1,000나노(나노는 10억분의 1)미터 이상으로까지 장파장화한 색소 증감형 태양 전지용 루테늄 착체 염료 DX(다이엑스)를 제공 개시했다고 TANAKA 홀딩스 주식회사가 밝혔다.
DX는 내각부 최첨단 연구개발지원 프로그램(FIRST)의 중심 연구자 도쿄 대학 첨단과학기술 연구센터 세가와 히로시 교수 등이 기술 개발한 색소 증감형 태양 전지용 증감 염료로, 예전부터 사용되고 있는 루테늄 증감 염료가 흡수할 수 없었던 근적외광(※1)을 효율적으로 흡수하여 광전 변환을 가능하게 한 차세대 증감 염료이다. 다나까 귀금속공업은 도쿄 대학으로부터 라이선스를 받아 DX의 국제 특허를 공동 출원하여 2015년 1월부터 제조 판매한다.
- 발전 파장역(분광 감도역)의 장파장화에 성공. 높은 전류 밀도와 높은 변환 효율을 실현
기존의 염료 증감형 태양 전지에서는 발전 파장역의 장파장 측의 한계가 800나노미터 정도에 머물러 있어, 장파장광을 이용할 수 있는 근적외 흡수 염료의 개발이 요구되고 있었다. DX 시리즈 색소는 스핀 반전 여기(起)(※2)를 이용하여 기존의 증감 염료에 비해 발전 파장역을 장파장 측으로 200나노미터 정도 확장하는 데 성공했다. 그 결과, 태양 전지의 광전류값이 25% 이상 향상되어, DX 시리즈 염료를 이용한 고성능 태양 전지에서는 유기계 태양 전지로서 세계 최고의 30mA/cm2 이상의 광전류와 10.0% 이상의 높은 변환 효율을 얻을 수 있게 되었다. DX는 기존의 증감 염료에 비해 가시광보다 장파장인 근적외선도 고효율로 광전 변환할 수 있어 옥외광에 의한 발전에도 적합하다. 또한 CYC-B11 등의 가시 영역에 특화된 염료와 조합하면 새로운 고변환 효율을 달성할 수 있는 텐덤 셀이 개발되고 있다.
- 염료 증감형 태양 전지의 본격 보급을 위한 노력
염료 증감형 태양 전지는 다공질의 산화타이타늄에 흡착된 염료에 빛이 닿으면 염료가 빛을 흡수해 전자를 산화타이타늄으로 방출함으로써 발전하는 구조를 활용한 것으로, 저조도에서도 변환 효율이 떨어지기 어렵고, 태양광의 입사각에 의존하지 않는 등의 특징으로 인해 지금까지의 Si계 태양 전지에서는 부적합했던 다양한 용도로의 전개가 기대되고 있으며, 고부가가치 저비용의 차세대 태양 전지 중 하나로 개발이 진행되고 있다.
염료 증감형 태양 전지에서 높은 변환 효율을 얻는 데 중요한 요소 중 하나는 빛을 흡수하는 염료이며, 현재 루테늄 착체 염료는 고성능의 안정된 염료로서 많은 연구 개발이 진행되고 있다.
향후 다나까 귀금속공업과 도쿄 대학은 가시광을 흡수하는 기존의 염료와 ‘DX’를 조합한 텐덤 셀을 개발하는 등 ‘DX’를 한층 더 고효율화하는 동시에 고내구화를 목표로 개발을 진행해 나갈 예정이다. ‘DX’의 제공을 통해 다나까 귀금속공업은 연간 2억 엔의 매출을 목표로 한다.
또한 다나까 귀금속공업은 귀금속 제조사로서 염료의 원재료가 되는 루테늄을 안정 조달하고, 수율이 높은 제조 프로세스의 개발 및 루테늄을 유효 이용하기 위한 재활용 등 실용화와 보급을 위해 제조 비용 절감에 노력하고 있다.
※1 근적외광의 파장은 약 700~2,500나노미터.
※2 스핀 반전 통상적으로 분자가 빛을 흡수하여 여기될 때는 전자스핀의 방향이 유지된 ‘여기 일중항’이 발생하지만, 여기할 때에 전자스핀이 반전하여 ‘여기 삼중항’이 발생하는 천이. 보통은 관측되지 않지만, 일부 분자에서는 매우 약한 강도로 관측되는 경우가 있다.
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