독창적 기술력으로 염료감응 태양전지 핵심소재 개발
이 민 선 기자
나노팩은 신재생에너지는 물론 환경개선에 활용되는 소재, 부품 및 시스템을 사업화해 활약하는 부품소재 전문기업으로서 우수한 인력과 기술력을 바탕으로 국내는 물론 국외시장에서도 활발하게 활동하고 있다.
특히 나노팩에서 보유하고 있는 다양한 제품 및 기술 중에서도 태양광산업의 차세대 태양전지인 염료감응 태양전지(DSSC)의 핵심소재를 독창적으로 개발해 저가 고효율의 소재를 시장에 진출시켰으며, 다양한 기능을 부여한 기능성 코팅액을 개발해 디스플레이, 보호 필름 산업계에 공급하고 있다.
이와 더불어 나노입자의 분산기술 노하우를 바탕으로 다양한 유기용매상에 고분산 특성을 갖는 콜로이달졸 또한 제품화해 TiO₂와 Carbonblack을 활용한 전기변색, 썬팅 필름 등 다양한 분야에 원재료로 사용 가능토록 하고 있다.
친환경 기술 및 높은 실용화 가능성
나노팩에서 개발한 염료감응 태양전지 모듈 및 광전극용 소재는 스크린 인쇄용 고투명 TiO₂ 페이스트로서 독창적 기술력을 바탕으로 관련 시장을 확장해가고 있다.
DSSC는 유기염료와 나노기술을 활용해 식물의 광합성 원리를 모방해 빛에너지를 전기에너지로 변환시켜 작동한다. 이는 식물의 엽록소가 햇빛을 받아 광합성하는 원리를 응용한 것으로, 색을 입힌 투명유리 형태의 전지가 빛에너지를 흡수해 전기에너지로 변환하는 장치이다.
1991년 스위스 연방 기술원(EPFL) 화학과의 마이클 그랏젤 교수가 개발한 DSSC는 한국에서는 한국전자통신연구원이 처음으로 10~20nm 크기의 산화물 표면에 유기 염료를 흡착해 수십 마이크로미터 필름을 만들고 전극화하는데 성공했다.
DSSC는 다양한 면에서 차세대 태양전지로 인정받고 있는데, 반투명성, 휘는 특성, 다양한 색과 형태로의 제작 가능성 등의 특성을 통해 적용사례가 확대됨으로써 더욱 주목받고 있다.
나노팩의 관계자는 “당사에서 DSSC와 관련한 기술력을 확보하게 된 배경에는 높은 실용화 가능성과 친환경 기술의 특성이 반영됐다”며, “DSSC는 값싼 유기염료와 나노기술을 이용해 제조단가가 낮으면서도 고도의 에너지 효율을 가질 수 있다”고 언급했다.
실제로 DSSC는 실리콘을 사용하는 기존 태양전지에 비해 제조단가를 3분의 1에서 최대 5분의 1 수준으로 낮출 수 있는 것으로 분석되고 있으며, 가시광선을 투과시킬 수 있어 건물의 유리창이나 자동차 유리 등에 그대로 부착해 사용할 수 있는 점 등이 상용화를 용이케 한다.
78% 이상의 높은 투과율로 적용 가능성 확대
나노팩의 핵심 기술력은 나노소재를 이용한다는 것에 있다. 나노팩의 DSSC용 TiO₂ 페이스트는 독창적 제조법의 저가 염료감응 태양전지 광전극용 핵심소재로 나노입자의 분산 특성으로 고투명성을 구현하는 것이 가장 큰 특징이다. 고투명성의 차별화된 기술력이 반영된 이 페이스트는 78% 이상의 투과율을 확인할 수 있다. 이러한 장점으로 창호적용이 특히 용이하며 건물일체형 태양광발전, 실내 인테리어, DSSC 모듈, 휴대용 전자기기 충전, 차량용 썬루프, 가로등 등 그 적용분야가 무궁무진하다.
더불어 이 페이스트는 닥터블레이드나 스크린 인쇄공정을 통해 FTO 글라스에 도포해 우수한 인쇄 균일성을 유지한다. 고온소성의 경우 상온에서 5분 정도 레벨링 작업 후 450℃에서 30분간 열처리 공정 후 형성된 TiO₂ 막에 염료를 흡착시킴으로써 광전극이 완성된다. 저온소성의 경우에는 상온에서 10분간 레벨링 작업 후 150℃에서 30분간 열처리를 진행한다.
“친환경에너지 개발에 도전적 활동 이어갈 것”
한편, 나노팩은 나노소재 기술력을 보유한 기업으로서 지난 2006년에는 이란의 메흐란테크니컬사와 나노 기능성 소재 제조기술 이전과 설비구축에 관한 계약을 체결한 바 있다. 메흐란테크니컬사는 나노팩에서 이전받은 기술력을 활용해 기능성 나노코팅액을 제조 및 판매하고 있다.
또한 나노팩은 DSSC용 Nano-TiO₂ 페이스트 외에 Anti-glare, Anti-bacterial, Hard coating 등의 기능성 UV 경화형 도료, 오염방지기능의 태양전지패널용 친수코팅제, 수처리 및 수소발생이 가능한 STE/STH 복합 전기화학 시스템 등 새로운 기술력을 시장에 선보이며, 꾸준히 활동하고 있다.
특히 Bill & Melinda Gates 재단에서 세계 오지지역이나 경제적 여건이 빈약한 국가들에게 지원할 지속가능한 청정 화장실 개발 및 실용화 사업을 미국의 저명한 캘리포니아공대(Caltech)와 함께 핵심 소재 전기화학 전극 및 시스템 공급기관으로 2011년부터 참여하고 있다. 올해는 데모(Demo) 시스템(하루 사용 500인 기준)을 구축해 이미 인도에서 전시를 통해 그 성능을 평가받았으며, 향후 2~3년 뒤 실용화를 완성할 예정이다.
나노팩 관계자는 “향후에도 원재료 및 응용재료를 환경, 신재생에너지 분야에 접목시킴으로써 다양한 기능을 보유한 부품소재 및 친환경에너지 개발에 도전적인 활동을 진행할 것”이라며, “늘 기본에 충실한 기업으로서 나노기술과 관련해 글로벌 기업으로 도약하도록 더욱 매진할 예정”이라고 전했다.
SOLAR TODAY 이 민 선 기자 (st@infothe.com)
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