차세대 미래형 에너지 산업을 선도

차세대 태양전지 개발 그리고 미래형 태양광 열전통합나노소자를 향해
국내 산업계에 ‘신재생에너지’에 대한 관심은 점차 높아지고 있다. 국내 주요 대기업들이 세계 경제 불황을 극복할 미래 신성장 동력으로 ‘신재생에너지’분야를 꼽고, 태양광, 풍력, 연료전지 등 신재생 에너지 시장 진출을 위해 노력을 기울이고 있다. 국내뿐만 아니라 세계 각국에서도 신재생에너지의 사용 확대와 육성 방침을 발표하면서 신재생에너지 시장 규모는 점차 커져갈 것으로 예상되며, 2020년에는 1조 달러를 넘어설 것으로 전망되고 있다. 신재생에너지 분야 중 태양전지의 신기술 개발로 주목받고 있는 한양대학교 재료화학공학부 이정호 교수를 만나보았다.

효율성, 경제성을 갖춘 차세대 태양전지

태양광 발전에 필요한 기존의 태양전지는 실리콘 기판형과 박막형이 상용화 되어 있다. 그러나 실리콘 기판형은 가격 면에서, 박막형은 효율 면에서 문제점으로 지적되고 있다. 이 교수 연구팀이 개발한 새로운 태양전지는 실리콘 와이어를 기반으로 한 태양전지로 박막형의 효율성을 끌어올려 경제성과 효율성의 문제를 극복했다는 점에서 주목을 받고 있다.

기존의 태양전지에 사용되는 기판형과 박막형은 99.9999%의 고순도 실리콘을 사용해야 하기에 가격 면에서 경쟁력이 뛰어난 편은 아니다. 그러나 와이어형은 99.99~99.9 % 저순도 실리콘으로 제작이 가능한데, 이 교수는 이점을 착안해 나노기술을 통해 와이어형을 기반으로 하는 새로운 태양전지 기술을 개발했다. 나노기술을 이용한 실리콘 와이어형 태양전지는 생산단가가 낮은 저순도실리콘을 활용하여 현재의 박막형보다 2배 이상의 효율인 10% 정도의 효율을 이미 연구실에서 구현하고 있으며, 도핑기술이 최적화된 계산에 의한 효율은 20%정도를 보여줄것으로 예상되어, 기존의 태양전지 기술을 획기적으로 극복할 수 있는것으로 평가받고 있다.

태양전지의 원천기술이 일본, 독일 등 외국이 지니고 있는 상황에서 이번 이 교수가 개발한 차세대 태양전지는 경제성, 효율성 이외에도 원천기술을 개발했다는 점에 의미는 더욱 특별하다. 이 교수는 “태양전지 관련 산업은 국내에서도 상당한 수요가 있다. 우리가 연구한 태양전지 기술은 국내 태양전지 산업에 새로운 변화를 불러일으킬 계기가 될 것이라 생각한다.”고 말했다. 이 교수는 연구실 실험결과를 통해 효율성이 입증된 와이어형 태양전지를 관련 기업과 연계하여 파이롯 규모의 산업적 활용도를 증명할 계획이다. “실험을 해봐야 알겠지만 와이어형 태양전지의 면적을 넓힘과 동시에 증명된 효율보다 더 끌어올릴 수 있을 것으로 예상된다.”며 “이를 통해 개발된 와이어형 태양전지의 원천기술을 우리가 보유함으로써 외국 시장에서 경쟁력을 지님과 동시에 우위에 선 시장 선점을 할 수 있을 것이라 기대된다.”고 향후 전망을 밝혔다.

이 교수는 이미 태양전지 원천기술 특허권을 4편정도 등록했으며, 3편을 추가로 출원 준비 중이다. 또한 해외 특허도 준비함으로써 국내를 비롯해 태양전지의 원천기술을 지닌 외국과의 경쟁에도 뒤쳐지지 않을 준비를 하고 있다. 신재생에너지 분야 중 태양전지에 대한 선점의 계기가 마련 된 셈이다. 그러나 국가적인 산업 효과를 위해서는 기업과의 연계가 무엇보다 중요하다. 이 교수는 “기존의 태양전지 관련기업들은 실리콘 박막과 기판에서 와이어형으로 전환하는 데 주저하고 있으며, 이는 아직까지 실험적 검증이 확실치 않다고 보고 있기 때문이다. 그러나 원천기술을 소유함으로써 경쟁력을 확보하기 위해서 과감한 투자가 필요하다.”며 “앞으로 와이어 기반의 대용량 기판 제작과 생산성 등 가능여부를 통해 큰 공정에서도 더 나은 효율을 증명해 낼테니 적극적인 관심을 보여주었으면 한다.”며 기업의 인식전환을 강조했다.

향후 점차 커질 신재생에너지 시장, 그 중 태양전지에 관한 기술이 국내에서 성공적으로 개발되었다. 이는 한국이 차세대 산업 강국을 도약할 수 있는 기회이기도 한 셈이다. 그리고 그 기회의 시작은 눈앞에 펼쳐졌다.

미래 유망 융합기술 ‘파이오니어사업’ 2009년 기획연구과제로 선정

이 교수가 개발한 와이어형 태양전지는 경제성, 효율성을 끌어올린 차세대 기술로 그가 개발하고자하는 미래형 태양광 열전통합나노소자의 과정 중 하나다. 미래형 태양광 열전통합나노소자는 저순도의 실리콘으로 기존의 태양전지의 효율을 끌어올리며, 버려지고 있는 태양전지의 열을 전기에너지로 변화시키는 것이다. 이 교수는 “미래형 태양광 열전통합나노소자가 상용화된다면 저가격, 고효율의 미래 원천 에너지원을 확보함과 동시에 에너지 시장의 획기적인 변화를 가져올 것으로 예상된다.”며 중요성을 강조했다.

이 교수의 미래형 태양광 열전통합나노소자는 교육과학기술부에서 추진 중인 미래 유망 융합기술 ‘파이오니어사업’의 2009년 기획연구과제로 채택되었으며, 현재 최종 연구과제 선정 단계에 있어, 향후 연구가 기대를 모으고 있다. 또한 한양대학교 측에서도 이 교수의 연구를 적극 지원하며 차세대에너지 연구의 산실로 거듭나길 기대하고 있다.

(주)하이닉스 반도체 메모리연구소 책임연구원으로 산업현장에서 연구를 해온 이 교수가 대학으로 오게 된 것도 인재양성을 통한 국가산업의 장기적인 비전을 위한 것이다. 이 교수는 “저와 함께 한 학생들이 국가의 중요한 인재로서 활약을 하기 바란다. 이번 개발도 학생들이 아니었다면 힘들었을 것이다. 학생들과 함께 나아가는 연구자로써 최선을 다할 것이다.”고 말했다. 학생들이 국가에서 필요한 인재로 나아가길 바라는 이 교수는 무엇보다 학생들의 분발을 강조하고 이를 위한 자신의 역할을 소홀하지 않을 것임을 강조했다.

이 교수가 연구하는 미래형 에너지는 결국 지금의 세대뿐만 아니라 미래의 세대와 함께 하는 연구이기도하다. 그렇기에 그는 지금 미래의 산업을 책임질 다음 세대의 중요함을 알고 있다. 이 교수의 미래형 에너지 연구가 보다 나은 시대를 선도할 것을 기대해본다.

취재/이윤희 기자