태양전지가 지금 유럽을 중심으로 놀라운 기세로 현장에서 설치되고 있다. 향후의 발전용 디바이스로서 중요한 특성은 높은 광전 변환 효율보다는 제조에 필요한 에너지가 적어야 한다는 점이다. 재생 가능한 에너지로부터 전력을 생산하는 환경 친화형 발전 디바이스라고 하더라도 제조 시에 대량의 에너지를 소모한다면 의미가 없다는 것이다. 제조에 필요한 에너지를 줄인다면 제조 비용의 절감에도 기여하게 된다. 이를 위해서는 현재 주요 재료로 사용되고 있는 실리콘계 태양전지와는 전혀 다른 기술 개발의 접근 방법이 필요하게 된다.

일본 토오잉요코하마대학(桐蔭?浜大?) 교수이자 펙셀 테크놀로지(peccell technologies) 대표이사 사장인 미야사카 쯔토무(宮坂力)는 대규모 생산 장치를 필요로 하지 않으면서 제조 시의 에너지를 크게 감소시킬 수 있는 색소증감형 태양전지를 개발하고 있다. 광전 변환 효율이나 내구성 측면에서는 현재 실리콘계 태양전지에 비해 특성이 떨어지는 것은 사실이나, 위의 이유 때문에 색소증감형 태양전지 연구를 시작했다고 미야사카 교수는 설명했다.

색소증감형 태양전지는 색소가 광을 흡수하였을 때 여기전자를 발생시키는 동작 원리를 이용하고 있다. 여기전자는 TiO2 막을 통과하여 투명전극에 도달한다. 미야사카는 필름 업체의 연구원으로 근무한 경험이 있는데, 말하자면 감광 색소의 전문가라고 할 수 있다. 이러한 경험을 살려 미야사카 교수는 2001년부터 대학 연구실에서 색소증감형 태양전지 연구를 시작하였으며, 2004년 3월에는 실용화를 염두에 둔 대학 연구소 벤처 기업인 펙셀 테크놀로지를 설립하였다. 이 벤처에는 쇼와전공과 고지마화학약품, 후지무라공업 등 복수의 업체들이 출자하고 있다.

미야사카는 색소증감형 태양전지 개발에 있어서, 제조 에너지 절감 이외에도 두 가지 신념을 가지고 개발을 진행하고 있다. 한 가지는 휴대기기 등을 포함한 폭넓은 용도를 개척하기 위해서는 가볍고 구부릴 수 있는 특성을 가져야 한다는 것이다. 이를 위해서는 고온에서 가열이 가능하고 광전 변환 효율을 높이기 쉬운 유리 기판이 아닌, 플라스틱 기판이 사용된다. 2003년에 처음으로 색소증감형 태양전지의 성과를 신문에 발표하였을 때, 색소증감형이라는 특징보다는 구부릴 수 있다는 점에 많은 주목을 받은 바 있다. 지금까지 150℃ 이하의 저온에서 TiO2 막을 형성하는 기술과 페이스트 상태의 도포용 재료의 형성 기술 등 독자적인 노하우를 축적하여 플라스틱 기판에 제조할 수 있으면서도 광전 변환 효율을 6.2%까지 높일 수 있었다.

또 한 가지의 신념은 안전성과 내구성의 향상이다. 이를 위해 미야사키 교수는 전해액을 사용하지 않는 색소증감형 태양전지의 개발도 진행하고 있다. 문제는 전해액을 사용하는 경우에 비해 광전 변환 효율이 낮아진다는 점이다. 미야사키 교수는 이 문제를 극복하기 위하여 이번에는 단층 카본 나노튜브(CNT)를 이용하는 방법으로 지금까지 1%대에 머물러 있던 광전 변환 효율을 2.4%까지 높이는 데 성공하였다. 이 기술을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. TiO2 막에 이온 액체라고 불리는 전해질을 첨가하는 한편, CNT층을 형성한다. CNT는 산소가 흡착하면 p형 반도체로 기능하는 것으로 알려져 있다. CNT가 정공의 수송을 촉진하는 역할을 담당하기 때문에 정공이 소멸하지 않고 전극에 운반되어 높은 효율을 실현할 수 있는 것이다.

미야사카의 펙셀 테크놀로지는 우선 전해액을 사용한 색소증감형 태양전지의 실용화를 목표로 개발을 진행 중이다. 첫 번째 제품의 실용화 목표 시기는 2010년이다. 이를 위해 앞으로 재료 계면에서의 막분리 현상이나 전해액의 휘발 등 내구성과 관련된 문제를 해결해 나갈 계획이다.