태양광은 미래 에너지원으로 지속 가능한 녹색 성장을 위한 신성장 동력 산업이다. 태양전지(모듈) 시장은 그리드 패러티Grid Parity 조기 달성에 대한 기대와 각국 정부의 태양광 보급 확대 정책에 따라 급성장하고 있다. 태양전지 시장의 약 80%를 결정질 실리콘 태양전지가 점유하는 가운데 박막 태양전지 점유율도 꾸준하게 증가하는 추세다. 염료 감응, 유기, 집광형 태양전지 기술은 저가低價와 고효율화를 바탕으로 한 태양광 응용 분야 확대에 따라 신시장 대응 기술로 떠오르고 있다. 태양광 시장은 기존 대용량 발전의 유틸리티Utility 중심에서 벗어나 가정용과 상업용 건축물에 적용하는 BIPV(Building Integrated Photovoltaic) 형태로 성장할 것으로 보인다. 한편, 유럽의 재정 위기, 각국 정부의 보조금 삭감 또는 폐지, 공급 과잉 등으로 말미암은 출혈 경쟁으로 태양광 산업은 고전을 면치 못할 전망이다.

차세대 동력원, 염료 감응 태양전지 식물의 광합성 원리를 응용한 신개념 염료가 주목받고 있다. 섬유에 색깔을 내는 염색 산업에 주로 이용해 온 염료가 최근 태양전지, 편광 필름, 컬러 필터, 잉크, 토너 등과 같은 고부가가치 소재 산업으로 그 영역을 확대했다. 대표적인 예가 염료감응 태양전지다. 현재 염료 감응 태양전지는 상용화한 폴리실리콘 기반 태양전지에 비해 제조비를 최대 5분의 1 수준으로 낮출 수 있으며, 에너지 변환 효율을 확보한다면 태양광 산업의 새로운 전환점이 될 것이다. 염료 감응 태양전지는 광합성 원리를 응용한 것이다. 우리가 아는 광합성은 엽록소가 빛을 흡수해 대사에 필요한 화학 에너지를 만드는 반면, 염료 감응 태양전지는 태양빛을 흡수한 염료가 산화 환원 반응에 의해 전자 흐름을 만들어 최종적으로 생활에 필요한 전기 에너지를 만드는 것이다. 염료 감응 태양전지에 사용하는 염료로 금속 착제 염료와 비금속 유기 염료 등이 있으며, 에너지 변환 효율은 이 염료에 좌우된다. 특허청에 따르면, 염료 감응 태양전지용 염료에 관한 출원은 2002년부터 2010년까지 총 98건으로, 꾸준히 증가했다. 내국인 출원이 다수를 차지하며, 주요 출원인으로 동진쎄미켐, 고려대산학협력단, 엘지디스플레이순이다. 이와 같은 출원의 지속적인 증가는 정부의 녹색 성장 정책과 산업계의 활발한 연구 개발에 기인한 것으로 보인다. 출원 내용을 보면, 염료의 화학 구조를 개선해 에너지 변환 효율과 내구성을 향상하는 연구가 중점적으로 이뤄지는 것으로 분석됐다. 현재 염료를 이용한 태양전지 분야는 기술 표준이 정립되지 않고, 원천 기술에 대한 진입 장벽이 낮으므로 새로운 녹색 산업의한 축으로 적극 추진할 만하다. 특히, 우리나라가 섬유 염색 산업에 많은 강점을 지니기에, 그동안 확보한 염료 기술에 대한 노하우를 바탕으로 에너지 변환 효율이 좋은 염료를 적극 개발하고, 핵심 특허를 미리 선점하면 머지않아 우리 기업이 염료 감응 태양전지 시장의 새로운 강자로 군림할 것으로 보인다. KERI, 투명 염료 감응형 태양전지 한국전기연구원(KERI) 재료응용연구본부 이동윤 박사팀이 2010년에 개발한 백금을 사용하지 않은 투명 염료 감응 태양전지 기술. 염료 감응 태양전지는 식물의 광합성 작용을 모방해 태양빛을 에너지로 변환하는 태양전지의 일종이다. 기존 실리콘 태양전지에 비해 적은 빛으로도 고효율의 에너지 변환이 가능하고, 비싼 반도체 소재(Si, 화합물 반도체) 혹은 독성 물질(카드뮴 등)을 포함하지 않는다. 특히 사물을 구별할 수 있는 반투명한 상태로 제조할 수 있기에 건물 창문 등에 부착하는 건물 일체형 태양전지(BIPV)로 각광 받는다. 염료 감응 태양전지는 작동 전극(Working Electrode), 전해질(Electrolyte), 상대 전극(Counter Electrode)으로 구성된다. 상대전극으로 주로 사용하는 백금은 전기 화학 분야(연료전지 등)에서도 폭넓게 사용하나, 가격이 비싸고 지구상에 잔존하는 양에 한계가 있어 이를 다른 재료로 대체하려는 연구가 계속되고 있다. 염료 감응 태양전지에서도 백금을 탄소 나노튜브(CNT)로 대체하는 기술을 개발한 바 있지만, 기존 탄소 나노튜브를 이용한 태양전지는 창문형 태양전지 등에 꼭 필요한 투명한 상대 전극을 제조할 수 없어 다양한 응용에 한계가 있었다. 이 박사팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 탄소 나노튜브를 마이크로미터 수준의 작은 공 모양으로 뭉쳐 기판에 도포함으로써, 투명하면서도 백금과 비슷한 수준의 효율을 얻을 수 있는 기술을 개발하는 데 성공한 것이다. 이동윤 박사는 개발 당시 "기술 개발은 얇아야 투명하다는 고정 관념을 깨고, 탄소 나노튜브를 마이크로 볼로 뭉쳐 그 사이로 빛을 통과시키는 발상 전환으로 가능했다"면서, " 기존 탄소나노튜브 상대 전극이 갖는 가장 큰 단점을 극복함으로써 실질적으로 백금을 대체할 수 있는 가능성을 극대화했다"라고 설명했다.

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