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‘건국대-프라운호퍼ISE’ 공동‘차세대태양전지연구소’ 개소
동진쎄미켐·이건창호·코오롱 등
6개社 기술전용권… 밸류체인 염두
건국대가 태양에너지분야에서 세계 최고 권위를 가진 독일 ‘프라운호퍼 태양에너지연구소(ISE)'와 손잡고 3세대 태양전지 연구를 시작한다. 건국대는 8일 프라운호퍼와 공동으로 건국대내에 만든‘차세대 태양전지 연구소’(이하 차태연)를 개소하고 운영에 들어갔다. 이 연구소는‘세계 유수 연구소 유치 사업’으로 5년 동안 서울시 지원(125억원)을 받는다.
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| ▲ 오세훈 서울시장 등이 개소식 후 연구소를 둘러보고 있다. |
● 상용화 서플라이 체인 가능한 6개기업 참여
이번 연구사업에는 국내 박막 태양전지분야에서 경험을 축적해온 동진쎄미켐 이건창호 코오롱그룹 3개 계열사(코오롱 코오롱글로텍 코오롱건설), 에스엔유프리시전 등 6개 기업도 참여한다. 이들도 총 50억여원을 투자한다. 이 기업들은 개발된 기술을 우선 사용할 수 있는 기술실시전용권을 가진다. 임 찬 차태연 연구소장은 “이들 기업은 차세대 태양전지 상용화시 함께 서플라이 체인을 구성할 수 있는 가능성이 큰 기업으로 기업 수요에 따라 건국대학교와 프라운호퍼 연구진에 의해 형성된 세부과제에 개별적으로 참여한다”고 말했다.
프라운호퍼ISE는 프라운호퍼의 태양에너지 분야와 에너지절약형 건축물 분야 회원 연구소다. 연간 700억원 규모의 연구예산과 650명의 연구 인력을 보유하고 있으며 실리콘 태양전지와 박막 태양전지를 개발하는 등 태양에너지 분야에서 많은 원천기술을 확보, 세계적 선도 역할을 하고 있다.
코오롱 박근범 차장은“프라운호퍼의 태양전지 연구는 30년이 넘었고 돈이나 사람이 부족했던 시기에도 상용화수준에서 2.2%의 유기태양전지 효율을 성공시켰다. 기술적인 신뢰성기반이 확고하다. 또 태양전지만 연구하는 것이 아니라 응용시스템도 하고 있어 상용화에 대한 기대감이 높다”고 말했다.
● 프라운호퍼 건국대 연구인력 합해 80여명
지난 8일 건국대에서는 오세훈 서울시장 오명 건국대총장 아이케베버(Eicke.R.Weber) 독일 프라운호퍼ISE 연구소장이 차세대 태양전지 연구소 현판식에 앞서 협약서에 서명했다. 상용화연구에 최선의 노력을 기울이자는 의미였다.
태양전지연구소는 건국대 미래에너지관 726㎡(약 220평) 공간에 설치됐다. 실험실, 평가실, 태양전지 샘플제작실 등 클린룸 2곳을 비롯해 행정사무실 등을 갖추고 있다. 이곳에서는 독일 프라운호퍼 ISE 연구진 8명과, 건국대학교 교수진 10명, 50여명의 석·박사가 연구 인력으로 참여한다. 특히 교수진 10명은 임 찬 소장과 함께 건국대내 분자첨단기술연구소를 이끌고 있어 차세대 태양전지 연구개발 중 소재분야의 다중학제적 심층연구가 가능한 그룹이라는 것이 특징이다.
전공분야가 화학, 물리학, 화학공학, 재료공학 등 융복합으로 최근 3년여간 200여편에 달하는 SCI급 논문을 발표하는 등 정상급 연구역량을 갖추고 있다는 것이 건국대 측의 설명이다. 여기에다 전력부문 및 건축부문의 연구역량을 강화하기 위해서 안형근 교수(전기공학)와 박현수 교수(건축공학)가 힘을 보탠다.
이번 차태연이 주력하는 기술은 염료감응형 태양전지(Dye-sensitized solar cell:DSSC)의 한계를 뛰어넘을 복합 나노 태양전지, 유기화합물 기술을 응용한 유기태양전지(OPV), 굽히거나 접을 수 있는 유연(Flexible) 태양전지 등 도시환경에 적합한 차세대 박막 태양전지 원천기술 등이다. 이를 이용해 건물 외벽이나 창문 전체에 투명 태양전지를 설치하는 이른바 ‘빌딩 일체형 태양전지(BIPV) 시스템’모델을 제시할 것으로 기대된다.
● 3세대 태양전지, 태양전지 시장속 블루오션
오 명 총장은 이날 개소식에서 “독일 프라운호퍼 연구소를 유치함으로써 제3세대 태양전지 연구에서도 국내는 물론 세계적으로 앞서나갈 수 있는 전기를 마련했다”고 했다.
임 소장은 “1세대 태양전지는 이미 선진국의 원천기술 선점으로 후발주자로서 시장진입에 많은 제한이 있고 비정질 실리콘계 박막형이나 CIGS 사용 태양전지 등 이른바 2세대급 태양전지도 이미 시장에 진입 했다”며 “3세대 급으로 불릴 수 있는 태양전지, 즉 아직 시장진입이 본격화하지는 않았으나 곧 시장에 진입할 것으로 판단되는 염료감응형 태양전지(DSSC) 또는 유기태양전지(OPV) 계통의 차세대형 태양전지가 개발의 여지가 많아 상용화 성공시 파급효과가 클 것으로 기대된다”고 강조했다.
또 이번 연구소 설립에 서울시가 전폭적인 지원을 아끼지 않은 것은 향후 서울시의 제로에너지빌딩과 청정에너지도시건설을 위한 기술적 인프라 구축의 의미가 있는 것으로 보는 시각도 있다.
이번 연구사업에 참여하는 한 기업 관계자는 “오세훈 시장이 예전부터 독일의 태양도시 프라이부르크를 다녀와서 벤치마킹을 염두에 두고 있었던 것으로 알고 있다”며 “향후 건물에 적용하는 태양광시스템에 대한 지원을 확대하지 않을까 예측된다”고 기대했다.
프라운호퍼 베버 소장은 “반도체 기술에서 앞서온 한국이 많은 재생에너지기술 가운데 연관성이 높고 성장 잠재력을 지닌 차세대 태양전지 분야에 역점을 두는 것은 현명한 선택이며, 그 연구개발 결과물은 결국 서울의 산업계의 혜택으로 돌아 갈 것”이라고 했다.
프라운호퍼 태양에너지 연구소는...
프라운호퍼 태양에너지시스템 연구소 (Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems - ISE)는 유럽 최대, 최고의 태양에너지 연구기관으로 태양광 에너지 활용기술 연구개발분야에서 세계적인 선도 연구기관으로 알려져 있다. 독일 서남부 프라이브르크시(Freiburg)에 위치하고 있는 ISE는 1981년 설립되었으며 1993년 태양 에너지 분야에서 국제적으로 선도적 역할을 하는 연구소로 발전했다. 2006년 7월에 아이케 베버교수가 현재의 연구소장으로 부임, 현재 700여명의 연구원을 거느린 세계 최고 수준의 태양에너지 연구소로 성장하였다.
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무엇을 개발하나
사용하기 편리하고 싼 가격에 양산할 수 있는 태양전지 만든다
# 복합나노태양전지
복합나노태양전지는 사실상 흔히 염료감응형(DSSC) 태양전지라고 하는 종류의 확장을 위해 차태연에서 새롭게 만든 용어다. 보통 DSSC는 투명전극을 통해서 들어온 빛이 소자안의 염료(색소분자)에 의해서 선택적으로 흡수되고 이러한 들뜬 상태의 전자가 TiO₂라는 물질과 염료의 접촉면에서 자유로이 움직일 수 있는 전자와 정공으 로 분리가 되고 이러한 전하가 양쪽(+극과 -극)전극으로 움직여서 결국 전지에 연결된 회로에 전류를 공급할 수 있는 것이다. 여기서 TiO₂입자가 일반적인 마이크로크기에서 나노크기로 적절히 조절되면 그만큼 염료와 TiO₂계면의 표면적이 커져 효율증대 가능성이 커지게 된다. 물론 TiO₂사이의 연결이 끊어지지 않도록 분자수준에서 조절한다거나 또는 액체 전해질을 유기고분자활용 고형으로 바꿔 취급시 누수가능성을 없애 안전하게 할 예정이다. 또 이를 통해 공정을 개선해 가격경쟁력을 높인다던지 하는 등 좀 더 개선된 복합적 개념을 도입한 고성능 DSSC의 구현을 가능케 할 계획이다.
# 플렉시블 태양전지
플렉시블 태양전지는 말그대로 유연한 태양전지로서 비닐하우스를 덮고 있는 부드러운 필름 재질을 연상하면 된다. 물론 비닐봉지와 같이 연한 물질은 사용하기 편리할 수 있으나 성능이 균일하고 오래가는 태양전지를 만들기에는 아직 적합치 않아 보이고 다소 딱딱한 책받침 정도의 강도를 갖는다. 그럼에도 기존 결정질 실리콘 태양전지에 비해 훨씬 유연한, 그래서 경우에 따라서는 돌돌 말 수도 있는 재질을 떠올리는 것이 적절하다.
이러한 유연한 소재의 특성은 비단 사용되는 기판의 특성뿐아니라 DSSC와 마찬가지로 빛을 받아 전기를 생성하는 활성층의 유연성 역시 중요하다. 이를 위해서 활성층에 이른바 프라스틱 전자기기에 적용될 유기단분자 또는 고분자 반도체 소재가 활용될 것이다. 현재 많은 경우 단일 물질보다는 다른 성질의 물질들을 혼합하여 사용, DSSC의 경우와 유사하게 전자와 정공이 원활히 분리될 수 있는 분자수준의 계면을 형성시키게 된다. 기술발전에 따라 접어서 보관한다거나 차후 유연성을 더 증대시키고 디자인을 향상하여 옷에 부착할 수 있는 wearable 태양전지로 사용하는 등 모바일 기기에 적용하는 방식도 가능할 것으로 보고 있다.
# 차세대 태양전지 적용성·활용성 연구
DSSC와 OPV의 실질적 적용을 위한 모듈 설계, 실제 설치후 효율 모니터링, 안정성 검증에 관한 부분과 함께 건물일체형으로의 활용성 검증을 목표로 태양전지 및 에너지 효율 개념의 건축적용이라는 부분을 중점적으로 연구하게 된다.
DSSC의 반투명성으로 인해 건물부착형 태양전지로 많이 고려되고 있고 유연성이 있어 건축물의 형태에 보다 쉽게 적용될 것으로 보이는 유연태양전지의 실제 설치운영 가능성 검증 및 새로운 태양전지 요소 적용, 건축물설계를 위한 표준화 문제 역시 중요한 부분을 차지할 것으로 보인다.
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e5153@ekn.kr
