청정에너지원 수소, 생산 ‘인공 광합성’ 기능 향상

국내 연구진이 태양광을 이용해 물을 분해하여 수소를 생산하는 인공광합성 과정에 필요한 이리듐 착체 감광제의 분자활성을 기존 최고 효율의 감광제와 비교하여 2배 이상 높이는 데 성공했다. 물 분해에 필요한 에너지를 공급하는 감광제의 활성이 높아짐에 따라 향후 청정에너지원인 수소의 생산 효율을 높이는데 기여할 것으로 기대된다.

서울대학교 재료공학부 박수영 교수와 황동렬 박사과정 연구원 등이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적연구) 등의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition) 9월 11일자 온라인판에 게재되었다.

수소는 휘발유보다 2.75배 많은 에너지(수소 1g당 122KJ)를 낼 수 있으며, 온실가스를 만들지 않아 청정에너지원으로 주목받고 있다.

하지만 수소의 생산을 위해 대부분 재생이 불가능한 탄화수소 개질법을 이용하고 있어 친환경적인 공정을 개발하는 것이 관건이었다.

연구팀은 테트라페닐실란 기능기를 도입하여 기존 최고 효율의 이리듐 착체 감광제와 비교하여 분자활성을 2배 이상 끌어 올릴 수 있는 감광제를 비롯해, 이 감광제가 만든 에너지로 물을 분해해 수소를 생산할 수 있는 시스템을 개발해냈다.

개선된 감광제는 물 1리터에서 100리터 이상의 수소 기체를 생산할 수 있는 수준의 분자활성(Turn Over Number) 17,000을 기록했다. 이는 기존 유기금속 착체 감광제 중 가장 높은 수준이다.

감광제의 분자활성을 높여 수소생산 효율을 향상시킴으로써 기존 탄화수소 개질법을 대체할 수 있을 것으로 기대된다. 분자활성 개선의 핵심은 감광제의 광안정성을 증진시킨 데 있다.

기존 감광제는 물이나 유기용매로 인해 분해되어, 더 이상 감광제로서의 역할을 하지 못하는 한계가 있었다. 그러나 본 연구에서 부피가 큰 테트라페닐실란 작용기를 도입한 결과, 물 혹은 기타 유기용매의 공격으로부터 감광제를 보호해 수소생산 효율을 장시간 유지시킨다는 사실을 확인했다. 특히 테트라페닐실란 도입에도 불구하고 전기적, 광학적 특성에는 영향을 거의 주지 않았다. <출처: 미래창조과학부>

Special Report 1 l 정부 에너지 정책 보고서

“핵융합 연구역량, 국내외 산학연 협력으로 높인다”

미래부, ‘2013년도 시행계획’ 확정 발표… 총 1,516억원 투자

핵발전에 대한 치명적 위험에도 불구하고 핵발전은 에너지 공급원으로 현재까지는 중요한 요소다. 때문에 전 세계적으로 핵발전에 대한 연구개발은 지속되고 있다. 특히 핵융합에 대한 국제적 컨소시엄 개발은 활발하게 진행되고 있다. 이와 관련 미래창조과학부는 차세대 에너지원으로서 핵융합 에너지 상용화를 대비한 연구역량 강화 및 핵융합 산업 생태계 활성화 방안을 주요 내용으로 하는 ‘제2차 핵융합에너지개발 진흥 기본계획’의 2013년도 시행계획을 확정 발표했다. 올해만 핵융합 연구개발에 총 1,516억원을 투자하는 이번 사업 계획에 대해 알아본다.

미래창조과학부(장관 최문기)는 차세대 에너지원으로서 핵융합 에너지 상용화를 대비한 연구역량 강화 및 핵융합 산업 생태계 활성화 방안을 주요 내용으로 하는 ‘제2차 핵융합에너지개발 진흥 기본계획’의 2013년도 시행계획을 확정했다.

핵융합은 2개의 가벼운 원자핵이 융합반응을 일으켜 반응 전보다 무거운 원자핵이 생성되는 현상으로 핵융합 과정에서 에너지가 발생한다.

2013년도에는 국제핵융합실험로(ITER) 공동개발사업, 초전도 핵융합연구장치(KSTAR) 등 4개 사업을 중심으로 핵융합 연구개발에 총 1,516억원을 투자할 계획이다. 부문별로 국제핵융합실험로(842억원), KSTAR연구(327억원), 핵융합 기초 연구 및 인력양성(79억원), 핵융합연구소 기관 수행사업(268억원)이다.

한국, EU 등 7개국이 참여하는 ITER 사업의 추진을 통해 진단장치 등 우리나라가 담당하는 주요 장치(10개)의 개발과 제작을 지속 추진하고 향후 핵융합 에너지 상용화에 필요한 핵심기술 개발을 병행해 나갈 계획이다.

ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)은 과학적·공학적 실증을 위해 한국, EU, 일본, 미국, 중국, 인도, 러시아가 공동으로 개발·건설하는 핵융합 실험로이다.

TF 도체, 진공용기 본체 등 10개 한국이 조달

우리나라가 조달하는 주요장치는 TF 도체, 진공용기 본체, 진공용기 포트, 열차폐체, 블랑켓 차폐블록, 조립장비, 삼중수소, 전원공급장치, 진단장치, IVC 버스바 등 10개다.

특히 우리나라가 2013년 5월 기준으로 약 1,738억원(59건) 규모의 용역 및 물품제작을 ITER 국제기구 및 참여국으로부터 수주한 만큼 향후 ITER 사업과 관련된 기술정보의 수집, 조달품목과 관련된 기술업무의 현지 지원 등을 더욱 강화해 나갈 계획이다.

지난 2012년도에는 대표적으로 현대중공업이 896억원 규모의 물품제작을 일본에서 수주, 2013년 5월까지 누적 수주액은 우리나라가 지출한 현금분담금(1,191억원) 대비 140% 수준이다.

2007년 건설되어 2008년부터 1단계(‘08~‘12년) 운영을 시작한 KSTAR는 2008년 초전도장치로는 세계 최초로 플라즈마 발생에 성공하는 등 장치의 우수한 성능을 확인한 만큼, 지속적인 장치개선을 통해 플라즈마 운전성능을 더욱 향상시키고 핵융합 기초연구의 핵심시설로 국내외 공동연구 등을 통해 ITER 운전 과정에서 논의될 공학적·과학적 현안 과제의 사전 해결에 집중하면서 핵융합 기초연구의 국제적 주도권을 갖춰나갈 계획이다.

KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)는 국내 기술로 건설된 것으로 국가 핵융합연구소가 운영 중인 초전도 자석 핵융합 연구장치이다.

또한 1995년 시작된 KSTAR 건설에서부터 현재 ITER 개발사업까지 참여한 국내 산업체를 중심으로 형성된 핵융합 산업 생태계를 보다 활성화하기 위한 정부 지원을 강화해 나갈 계획이다.

미래부는 국가 핵융합연구소와 함께 핵융합 연구개발 과정에서 축적된 파생기술 등을 중소기업에 이전할 수 있도록 ‘중소기업 상생 한마당’과 같은 기회 제공의 장을 정기적으로 마련할 계획이며 국가 핵융합연구소의 우수 연구성과 확산을 위한 전담조직(TLO)의 역할을 강화해 나가는 한편, 지식정보의 산업체 공유를 위한 ‘핵융합 지식정보시스템’도 구축할 계획이다. 미래부는 역량 있는 국내 산업체의 핵융합 연구개발 참여를 확대하고 참여 기업의 기술역량 강화 및 고용 창출 등을 위해 지속적으로 지원하겠다고 밝혔다.

핵융합에너지개발진흥계획 4대 전략 9개 중점 과제 

2013년 시행계획은 ‘제2차 핵융합에너지개발 진흥 기본계획’의 4대 전략 및 9개 중점 과제와 관련이 있는 4개 사업을 중심으로 수립됐다.

4개 사업은 KSTAR 연구, ITER 공동개발사업, 기초연구·인력양성(대학중심 핵융합 기초연구 및 인력양성, 핵융합 선도연구센터), 핵융합(연) 기관수행사업 등이다.

2012년도 주요 추진실적을 살펴보면 4개 핵융합 관련 사업에 1,723억원 투자됐는데 KSTAR 연구에 296억원, ITER 공동개발사업 1,074억원, 핵융합 기초연구 및 인력양성으로 74억원 그리고 핵융합(연) 기관수행사업에 279억원이 사용됐다.

그간의 주요 추진실적을 보면 우선 KSTAR 연구는 5천만도의 초고온 플라즈마 형상제어, 장시간의 안정적 플라즈마 유지 등 초전도 핵융합실험장치의 성능과 운전능력을 확인했다.

또 고성능 운전조건(H-모드)에서 플라즈마를 17초간 안정적으로 유지, 플라즈마 경계면 불안정성(ELM) 발생 과정의 3차원 분석에 성공했다.

우수한 장치 성능에 따라 2012년에는 국내·외 연구기관과 84건의 공동연구 수행했는데 서울대, 포항공대, 한양대 등 국내 대학 및 미국·중국·일본 국립연구소 등이 참여했다.

ITER 공동개발 사업은 우리나라 조달품목 총 10개의 개발 제작 수행했으며 지난 2012년 6월 ITER 이사회 승인을 얻어 ITER TBM 프로그램에 공식 가입했다.

TBM(Test Blanket Module)은 에너지 추출, 삼중수소 증식 등 핵융합실험로의 핵심 기능을 ITER장치에서 실험하기 위한 모듈을 말한다.

기초연구 인력양성사업은 4개의 거점센터 3개의 학연그룹, 1개의 기초연구 지원을 통해 핵융합 기초연구 저변확대 및 인력양성 추진했다. 이를 통해 61건의 SCI 논문과 38명의 석·박사 배출과 41명이 국제교류를 통해 전문지식을 습득했다.

핵융합연구소 기관수행사업은 2012년 11월 군산 플라즈마센터 개소를 비롯해 플라즈마 기술연구센터 확대 이전하고 플라즈마 활용 응용기술 개발 및 사업화 기반을 마련했다.

2013년 투자예산, 전대대비 12% 감소 1,516억 규모

2013년도 추진계획을 구체적으로 보면 2013년 투입 예산은 2012년 대비 12% 감소한 1,516억원 규모다. 우선 KSTAR 연구 및 시설에 327억원, ITER 공동개발사업 842억원, 핵융합 기초연구 및 인력양성 79억원과 핵융합(연) 기관수행사업에 268억원을 투입한다. 특히 ITER 사업 예산의 일시적 감소했는데 이는 전력기금 예산 지원이 2012년 종료됐기 때문이다.

중점 추진방향으로 핵심적인 사항은 핵융합 상용화 대비 연구역량 강화 및 핵융합 산업생태계 활성화 추진이다. 우선 KSTAR 연구개발은 초전도 핵융합실험장치의 성능개선을 통한 운전성능 향상, 핵융합 기초 연구의 핵심시설로써 ITER 등 핵융합 핵심기술 확보 추진이 있다. 특히 성능 목표로 고성능 운전조건(H-모드)에서 플라즈마 유지 20초 이상으로 잡았다.

ITER은 국내 산업체를 통한 할당 품목의 적기 개발 제작 및 기술축적, ITER TBM 개발 본격 착수 등 비조달 분야 핵심기술 개발 추진하고 있다.

기초연구 인력양성에서는 고온 플라즈마 활용분야 등 신규 지원분야 확대하고 핵융합연구소 기관수행사업은 우수 연구성과 확산 및 파생기술 이전 확대, 플라즈마를 활용한 환경개선기술 등 실용기술 개발을 강화했다.

핵융합(연), 포항공대 등 100여 개 산학연 참여 

두 번째로 핵융합 연구개발을 통한 산업 생태계 활성화 방안으로 핵융합 분야는 KSTAR 건설이 시작된 1995년 이후 산업 생태계가 출현, 현재 확장기에 진입 중인 과도기적 상태에 있다.

그간의 상황을 보면 1995년에서 2007년까지 출현, KSTAR 제작해서 2008년에서 2020년까지 확장 전반기로 보고 KSTAR 운영과 확장 후반기엔 ITER 건설, 그리고 ITER 운영, DEMO 건설한 다음 2040년 이후 성숙단계를 거쳐 상용화를 목표하고 있다.

KSTAR 제작은 핵융합(연), 원자력(연), 포항공대가 중심이 되어 개발하고 1996년부터 포스코 ICT 등 약 100여 개 기업이 핵융합 연구개발에 참여하고 있다.

정책적으로 KSTAR를 거점 연구시설로 활용하여 초전도, 삼중수소 등 핵융합 관련 다양한 분야의 융합 연구를 추진할 수 있는 기술 확장전략을 수립하고 있다.

또 중소기업 지원 측면에서 핵융합 연구개발 과정에서 축적된 파생기술 등을 중소기업에 이전할 수 있도록 핵융합(연) 주관의 기회 제공의 장 마련하고 ‘중소기업 상생 한마당’과 같은 기회 제공의 장을 마련하여 정기적으로 맞춤형 컨설팅 및 정보를 제공하고 있다.

이를 통해 성과 확산을 위해 핵융합(연) 우수 연구성과 확산을 위한 전담조직(TLO) 역할 강화 및 지식정보의 산업체 공유를 위한 ‘핵융합 지식정보시스템’을 구축할 예정이다.

또한 일본, 중국, EU, 미국 등 ITER 참여국과의 협력 지속 추진, 캐나다 호주 등 ITER 미 참여국과 핵융합 협력 활동도 강화할 방침이다.

국제핵융합실험로(ITER) 공동개발사업 개요

이 사업은 미래 대용량 청정에너지인 핵융합에너지의 상용화 가능성을 최종 실증하는 초대형 국제협력 R&D 프로젝트이다.

국제핵융합실험로(ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor)는 핵융합 반응을 통한 500MW급의 열출력을 발생하는 장치로서, 전기생산 가능성을 실증하기 위한 핵융합실험로를 말한다.

우리나라는 핵융합분야 후발국가로 선진국이 축적한 핵융합 기술을 단기간 내 추적·확보하기 위해 2003년 6월부터 ITER 프로젝트에 참여했다.

현재 참여 국가는 미·러·EU·일(1988년 4월 참여), 중국(2003년 1월 참여) 한국(2003년 6월 참여), 인도(2005년 12월 참여)했다. ITER 회원국은 ITER 공동이행협정에 서명하고 ITER 국제기구 공식출범('07년 10월)과 함께 본격적으로 ITER 프로젝트 수행 중이다.

ITER, 500MW급 열출력을 발생하는 장치

그간의 사업 추진경과를 살펴보면 국제원자력기구 산하 ITER 위원회 출범(미, 러, 일, EU), 우리나라 ITER 가입, ITER 건설부지 프랑스 카다라쉬 결정, ITER 공동이행협정 협상 완료(제주회의), 인도 참여, ITER 공동이행협정 및 특권 면제협정 서명, ITER 공동이행협정 및 특권 면제협정 국회 비준동의, ITER 국제기구(IO)가 공식 출범했다. 이로써 협정발효와 법인격을 확보했다.

조달 부문은 총 10개 품목 중 7개에 대해 ITER 기구와 조달약정(PA)을 체결, 이 중 6개 품목은 국내 산업체와 계약을 통해 개발 제작 진행 중이다.

이 중 조달 품목은 TF 도체, 진공용기 본체, 진공용기 포트, 열차폐체, 블랑켓 차폐블록, 조립장비, 삼중수소, 전원공급장치, 진단장치, IVC 버스바 등이다.

기술개발은 조달품목은 아니지만 핵융합 상용화에 필요한 핵심기술 확보를 위해 ITER TBM 프로그램에 참여했다. TBM(Test Blanket Module)란 에너지 추출, 삼중수소 증식 등 핵융합실험로의 핵심 기능을 ITER장치에서 실험하기 위한 모듈이다.

수주면에서는 2013년 5월 기준 ITER 기구 및 타 참여국으로부터 총 59건, 약 1,738억원 규모의 연구 서비스 용역 및 물품제작 수주했다. 지난 2012년도에는 대표적으로 현대중공업이 896억원 규모의 물품제작을 일본에서 수주했으며 2013년 5월까지 누적 수주액은 우리나라가 지출한 현금분담금(1,191억원) 대비 140% 수준이다.

또 2013년 5월 현재 총 30명의 국내인력이 ITER 기구에 파견돼 있다.

정부는 이 프로젝트를 위해 조달 부문은 체계적인 진도관리를 통해 할당된 조달품목을 적기에 개발 및 제작, 2013년 내 1개 품목에 대해 조달약정 체결했다. 또 기술개발 부문에는 2013년 15개 과제를 비조달분야 핵심기술 추적 및 개발 본격화하고 ITER TBM 프로그램에 본격적으로 참여하여 TBM 개발 제작 추진키로 했다.

또 수주는 ITER 기구 및 타 참여국으로부터 지속적으로 수주 노력, ITER 사업 지원과 수주 확대를 위한 현지 지원을 확대하면서 ITER 기구에 국내 전문가 및 신규인력의 파견을 지속 추진키로 했다.

<출처: 미래창조과학부>

초전도 핵융합연구장치(KSTAR) 개요

KSTAR 장치는 1995년 12월 시작해 2007년 8월까지 약 3,090억원을 투입한 개발사업이다.

참여인력만 30개 기관에서 연 300여 명이 투입됐으며 주요 재원으로 장치크기(높이 10m, 직경 10m), 초전도체 소재(Nb3Sn, NbTi), 초전도자석 무게(약 300톤) 등이다.

KSTAR 최종 성능 목표는 플라즈마 발생시간 300초, 플라즈마 온도/전류 3억도/2MA, 초전도 운전온도는 4K(영하 269도), 플라즈마 자기장은 3.5테슬라이다.

정부는 장치검증 완료 및 최초 플라즈마 발생을 위해 KSTAR 장치에 대한 개별검사 및 종합적 성능검증을 거쳐 2008년 6월 최초 플라즈마 발생 달성에 성공했다.

그간 주요 추진경과를 보면 KSTAR 개념설계 및 기반기술 R&D 수행, KSTAR 장치 제작 및 설치 완료, KSTAR 최초 플라즈마 발생 성공, KSTAR 실시간 플라즈마 형상 제어, 고성능 H-모드 에서 플라즈마 17초간 운전 달성 성공 등이다. 

‘부안 신재생에너지테마파크’ 민간활동지원사업 선정

전라북도 녹색에너지산업과(과장 이근상)는 부안 신재생에너지테마파크가 미래창조과학부와 한국과학창의재단의 공모사업인 ‘과학문화 민간활동 지원사업’에 선정됐다고 밝혔다. 당 사업은 상상·도전·창업을 촉진하는 과학문화 확산을 통해 창의적 상상력이 풍부한 사회문화 조성에 목적이 있다.

이번 공모에는 전국 163개 기관에서 186개 과제를 신청하여 부안 신재생에너지단지를 포함한 51개 과제가 선정되었으며 평균 3.6대 1의 높은 경쟁률을 기록했다.

부안 신재생에너지테마파크에서는 이번 사업을 통해 청소년들에게 신재생에너지 체험기회를 제공하여 폭넓은 과학적 사고와 인성을 함양하기 위해 ‘기후변화 대응을 위한 신재생에너지체험 과학캠프’라는 프로그램을 운영하게 된다.

부안 신재생에너지테마파크는 기후변화 전문가(고창기상대), 부안 신재생에너지 실증연구단지 4개 국가연구기관 전문가를 활용하여 기후변화 및 신재생에너지 원리와 중요성에 대한 교육을 진행한다. 또한, 참여자들은 신재생에너지 테마체험관 견학과 기후변화와 신재생에너지 체험 키트 만들기 등 다양한 방법으로 흥미를 가지고 재미있게 신재생에너지를 학습할 수 있게 된다.

도 관계자는 이 프로그램이 국내 최초의 신재생에너지 복합단지인 신재생에너지테마파크를 활용한 체험프로그램 구성으로 신재생에너지 대중화와 청소년들에게 신재생에너지 분야 꿈나무로서의 비전확립을 제시하는 좋은 기회가 될 것이라고 말했다.

<출처: 전라북도청>

New Tech. & Product

한국원자력연구원, 전자빔 이용 나노입자 제조 장치 개발

방사선의 일종인 전자빔을 이용해서 현재 상용화된 화학적 나노입자 제조 공정보다 효율이 높고 친환경적으로 나노입자를 대량 생산할 수 있는 장치가 세계 최초로 개발됐다.

미래창조과학부(장관 최문기)는 한국원자력연구원(원장 정연호) 이병철 박사 팀이 미래창조과학부 원자력연구개발사업의 일환으로 수행한 ‘방사선을 이용한 나노잉크 제조 공정/장치 개발’ 과제를 통해 전자빔을 이용해서 나노입자를 연속적으로 대량 생산할 수 있는 제조 장치를 파일럿 규모로 제작하는 데 성공했다고 밝혔다.

이 박사 팀은 전자빔 조사장치*(연속흐름식 반응기, 방사선 차폐기, 진공 배기장치), 제어시스템, 고전압 전원장치, 시료연속 순환장치 등으로 구성된 나노입자 제조 공정 일괄 시스템을 구축했다. 방사선을 이용한 나노입자 합성은 국내외에서 원리 실증 차원에서 연구를 진행해 왔으나, 제조 공정을 최적화하고 제조 생산 시스템을 제작한 것을 이번이 처음이다.

‘전자빔 조사장치’란 전자를 빛의 속도에 가깝게 가속해서 높은 에너지를 갖게 만드는 장치로, 발생한 전자를 다른 물질에 조사하면 물성을 획기적으로 바꿀 수 있다. 방사성 동위원소를 이용한 방사선 조사 장치와는 달리 전원을 차단하면 에너지가 발생하지 않고, 조사 에너지를 조절하는 것이 용이해 다양한 형태의 소재 개발에 이용된다.

전자빔 이용 나노입자 제조 기술은 화학적인 산화-환원반응을 통해 나노입자를 생산하는 기존의 방법과 달리, 빛의 속도에 가깝게 가속된 전자를 나노입자의 원료가 포함된 용액에 조사해서 용액 속 물 분자를 둘러싸고 있는 전자를 활성화하고, 반응성이 큰 이 전자가 환원 작용을 일으켜 시료를 짧은 시간 안에 나노입자로 변환하는 기술이다.

이 공정은 기존의 화학적 나노입자 제조 공정과 달리 유독한 부산물을 만드는 환원제를 사용하지 않아 친환경적일 뿐 아니라 상온에서 제조할 수 있어 에너지 효율이 높고, 소형 조사 장치만으로 설비가 가능해 투자비와 설비공간을 줄일 수 있어 경제적이다. 특히 이 박사 팀이 개발한 제조 공정 장치는 연속 흐름식의 짧은 공정을 도입해 대량 생산이 용이하다.

이 박사 팀은 개발된 기술을 토대로 인쇄 전자*용 나노잉크의 비용을 크게 줄일 수 있는 구리/은 코어셸 나노입자 제조 공정도 최적화하는 데 성공했다. 구리/은 코어셸 제조 기술은 값싼 구리 나노입자를 은으로 얇고 균일하게 둘러싸서 오랜 시간이 지나도 산화가 되지 않게 하는 것으로, 인쇄 전자용 나노잉크의 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 기술이다. 이 박사 팀은 이와 관련, 14건의 국내외 특허를 출원하고 10편의 논문을 국제학술지에 게재했다.

‘인쇄 전자’는 전도성을 가진 전자잉크를 이용해 전자부품을 인쇄해 만들 수 있는 신기술로, 기존의 복잡하고 재료가 많이 드는 반도체 공정을 간단한 인쇄 공정으로 대체 가능하다. 태양전지, 무선인식전자태그(RFID), 터치스크린 등 다양한 분야에 공정 절감을 해올 혁신기술이다.

이 박사 팀은 한국원자력연구원 창업보육센터에 입주한 (주)알티엑스(www.irtx.co.kr)와 2011년 맺은 기술 이전 계약을 기반으로, 다양한 종류의 나노입자 제조기술을 개발하고 대량생산에 적합하도록 장치와 공정을 개량해 연료전지, 태양전지, 자동차 산소센서, 이차전지 등에 사용되는 나노입자 사업화를 공동으로 진행하고 있다. 이병철 한국원자력연구원 방사선기기연구부 책임연구원은 “나노입자 제조 공정의 소프트웨어와 하드웨어를 동시에 보유하고 있는 것은 우리가 유일해 세계적인 경쟁력을 확보하게 됐다”며 “은, 구리, 백금뿐 아니라 다양한 종류의 나노입자, 산화물, 합금, 코어셸 제조 공정 최적화를 추진해 나갈 계획”이라고 말했다.

<출처: 미래창조과학부>

한국화학연구원 석상일 박사 연구팀

무·유기하이브리드 태양전지 플랫폼 기술 개발

기존 태양전지의 기술적 한계를 극복하고 고효율, 저가격 및 고내구성 모두를 만족하는 새로운 플랫폼의 무기-유기 하이브리드 이종 접합 태양전지 제조기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국화학연구원 석상일 박사(성균관대학교 에너지과학과 교수) 연구팀이 주도한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 글로벌연구실사업 및 한국화학연구원이 추진하는 KRICT2020사업의 지원을 받아 수행되었고, 연구결과는 네이처 포토닉스지(Nature Photonics) 온라인 5월 5일 자에 게재됐다.

기존 태양전지 기술은 효율이 높지만 고가인 반도체박막태양전지, 효율이 비교적 높고 저가에 제조가 가능하지만 장기 안정성에 문제를 가진 염료감응태양전지, 저가로 제조가 가능하지만 광안정성이 매우 낮은 유기태양전지가 있었다.

연구팀은 무/유기 소재의 장점과 나노구조의 장점 및 화학적 용액 공정의 장점을 결합하여 저가이면서 효율이 높고 내구성도 뛰어난 태양전지 제조를 위한 새로운 플랫폼 기술을 제시했다.

무기물로 구성된 나노구조의 광전극에 용액공정을 이용한 결정성 무/유기 하이브리드 소재를 광흡수체로 충진하고, 상부에 용액공정을 이용한 홀전도성 공액 고분자를 도입하는 매우 단순한 공정을 이용하여 이 분야 세계 최고인 효율 12% 이상의 태양전지를 제조할 수 있었다. 추후 제조공정의 최적화에 따라 효율 15% 이상도 기대할 수 있을 것으로 보인다.

기존 태양전지에 비해 화학적으로 쉽게 합성할 수 있는 저가의 소재를 사용하고, 그 소재를 유기용매에 용해하여 코팅하는 경제적이고 단순한 공정을 통해 제조단가 인하에 기여할 전망이다.

한편 이 논문은 네이처지 4월호 연구하이라이트(Research Highlight)로 소개되었다. 또한, 나노레터스(Nano Letters)지 4월호에도 주요 논문으로 소개되었으며, 가장 많이 읽은(Most Read Article) 논문으로 꼽히고 있다.

석상일 박사는 “태양전지 제조의 핵심인 소재/구조/공정에서의 장점을 유기적으로 결합하여, 차세대 태양전지의 꿈인 고효율/저가/고내구성 모두를 만족할 수 있을 뿐만 아니라 대면적이나 유연성 기판에도 쉽게 적용할 수 있는 플랫폼 기술”이라고 연구의의를 밝혔다.

<출처: 미래창조과학부>