태양전지로 섞어 짠 티셔츠

중국의 연구자들은 태양전지 와이어로 섞어 짠 티셔츠로 부터 실질적인 전력을 생산할 수 있는 기술을 개발했는데 이렇게 생성된 전력은 모든 웨어러블과 잠재적인 직물(textile) 임베디드 전자기기에 사용될 수 있다.

(와이어 형태의 폴리머 태양전지의 도식도. Ti 와이어와 나란히 감겨 있는 다중벽 탄소 나노튜브(multiwalled carbon nanotube, MWCNT) 섬유가 각각 캐소드와 애노드로 역할을 한다. 일반적인 제조 공정에서 Ti 와이어는 그 표면 위에 전기화학적 양극산화에 의한 TiO2 나노튜브가 성장됨에 따라 바뀐다. 두 폴리머 층이 Ti 와이어 위에 딥코팅(dip-coating)된다. 이렇게 만들어진 Ti 와이어는 마침내 나란한 MWCNT 섬유와 감겨 와이어 형태의 폴리머 태양전지가 된다. )

그들은 광활성 물질과 전극사이에 TiO2 나노 입자의 얇은 층을 포함시킴으로써 새로운 효율적인 와이어 형태의 폴리머 태양전지(polymer solar cell, PSC)를 개발했다. 

나란히 감겨있는 탄소 나노튜브는 폴리머 태양전지의 높은 유연성과 안정성을 준다. 

그들은 TiO2 나노입자가 광활성 물질의 흡수와 전하 수송을 증가시킨다는 것을 알았다. 

또한 연구자들에 따르면, 나노결정 반도체 산화층은 전하 수송을 위한 경로를 제공하는데 있어서 핵심적인 역할을 한다고 한다.

TiCl4 처리 후 나란한 TiO2 나노튜브의 끝에  반도체 나노입자을 결합시키는 것은 외곽의 표면을 균일하게 하는데 도움이 된다. 

또한, 나노입자 층은 효과적으로 폴리머 부하을 증가시키고 전하 수송을 위한 전기 저항을 낮추고, 광 산란을 강화시킨다. 

MWCNT 섬유의 지름을 18 에서 32 um으로 증가시키면 효율은 0.72%에서 1.78%으로 증가하며 지름을 60과 74 um으로 더 증가시키면 효율은 각각 1.47%와 1.8%으로 감소한다. 

최대 효율은 대략 MWCNT 지름 32 um에서 일어났다. 

 MWCNT 섬유가 작을 수록 높은 전기 저항과 낮은 전류 밀도를 보이고, 반면 섬유가 클수록 입사광이 가려져 전류 밀도가 감소한다.

(좌상과 좌아래: PSC 직물을 구부리고 있다. 오른쪽: 셔츠에 덧댄 PSC가 iPod nano에 전기를 공급하고 있다.)

그들은 와이어 형태의 PSCs의 유연성과 굽힘성(bendability)을 평가했는데 1000회 구부림 후에도 눈에 띄는 손상이나 효율 감소는 없었다. 

참고: http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=35064.php