이런 환경에서 ‘한양대학교 차세대염료감응태양전지기술센터(센터장 강용수 교수/이하 센터)’는 지난 2008년, 교육과학기술부와 한국연구재단이 지원하는 ‘화학공학 분야 선도연구센터’로 선정되어 한양대학교 주관하에 고려대, 서울대, 세종대, 서강대, 성균관대와 협력하여 염료감응태양전지의 염료와 전해질, 전하 이동층에 관한 세부연구를 통해 세계 최고수준의 효율을 달성하고 기술을 확보하기 위한 연구를 추진 중이다. 센터를 이끌고 있는 강용수 교수는 과거 20년 이상을 한국과학기술연구원(KIST)에서 재직하였으며, 1998년에는 교육과학기술부의 창의적 연구진흥사업의 일환으로 ‘촉진수송 덴드리머 분리막 연구센터’의 연구단장을 역임한 후, 2005년부터 한양대학교 화학공학과 및 에너지공학과 교수로 재직 중이다.
주 연구분야는 촉진수송 현상과 이의 분리막 및 염료감응 태양전지에의 응용이다. 구체적으로는 고체상에서의 촉진수송현상과 고분자 전해질 소재를 이용하여 에틸렌, 프로필렌과 같은 올레핀(olefin) 기체를 선택적으로 분리할 수 있는 촉진수송 분리막에 대한 오랜 연구를 바탕으로 염료감응태양전지에서 고분자 전해질 연구를 시작으로 다양한 연구를 하고 있다.
한국 태양에너지의 획기적 발전, 염료감응 태양전지
예를 들어, 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cells)는 식물의 광합성 원리를 응용한 기술이며, 빛을 받은 염료로부터 생성된 전자들이 이동하고 순환하면서 전기를 발생한다. 염료감응 태양전지의 장점은 염료를 사용하기 때문에 다양한 색상을 구현할 수 있고, 투명할 뿐만 아니라 휘거나 구부리기가 쉬우며 휴대가 간편하다는 점이다. 빛 투과성과 염료에 따른 다양한 색상 구현은 미적인 요소도 만족시키기 충분하며 건물 창호용으로도 아주 적합해 건물 일체형, 휴대용 전원 공급 장치에도 사용할 수 있다. 또한 기존 실리콘 태양전지에 비해 제조단가가 낮고 원자재 소모가 적다. 아울러 조광 각도와 광도에 따른 효율 저하가 적어 실내나 야외에서도 휴대용 모바일 기기의 보조 전원으로 사용 가능한 장점을 가지고 있어, 다른 태양전지와 보완적으로 새로운 시장을 창출할 수 있다.
강용수 교수는 “무엇보다도 염료감응 태양전지는 온실 가스 배출이 없는 청정에너지이며, 에너지원의 고갈 걱정이 없는 청정 에너지원입니다. 미래 에너지, 신산업 성장동력으로 염료감응 태양전지의 가능성은 무궁무진합니다”라고 밝히고 있다.
염료감응 태양전지의 원리는 먼저 염료가 태양광을 받아 전자가 만들어지고, 타이타늄디옥사이드(TiO2)와 같은 반도체 전자이동층을 통해 전극으로 흘려보내 전기를 생산한다. 그런데 반도체 전자이동층에서 생성된 모든 전자가 흘러 전극으로 가지 않고, 대신 전해질과 반응하여 소멸하는 데, 효율을 약하게 만드는 가장 큰 원인이다.
기초가 튼튼한 전문성 필요, 국제협력에도 박차
이러한 결과를 만들기까지 강용수 교수의 고충 또한 남달랐다. 강용수 교수는 “우리나라의 연구는 대부분 소재 및 제조 기술 개발을 중심으로 효율 향상에 집중되어 있습니다. 하지만 태양전지의 특성을 분석할 수 있는 기초 기술은 상대적으로 부족합니다. 그런데 제조된 소자나 태양전지의 특성에 대한 정확한 분석 없이는 문제점을 정확히 알 수 없어, 추가적인 효율을 향상시키거나 새로운 연구 방향을 결정하는 데 어려움이 있습니다. 이런 문제점을 해결하기 위하여 국내의 연구자에게 연속적인 지원을 하거나 아니면 우선 국제협력연구가 필요합니다. 본 센터에서도 국제협력연구를 통해 풀어나가고자 한다. 필요한 분석 기술을 배우기 위해 세계적으로 우수한 학교에 연구원을 파견하였으며, 앞으로도 지속적인 관계를 유지하며 국제협력연구를 계속하고자 합니다. 하지만 특성 분석과 같은 기초연구 분야에 대한 보다 많은 지원이 필요하다고 판단됩니다”라고 말하고 있다.
에너지는 모든 활동의 근간이다. 한국 에너지의 미래가 한국 발전의 미래라 해도 과언이 아니다. 이러한 중차대한 책임과 사명의 중심에서 활약하는 강용수 교수. 인터뷰 말미 그는 다음과 같이 말했다. “개인적으로 축구를 좋아합니다. 유능한 축구 선수는 자기의 전문성을 갖고, 다른 팀원들과의 협동 즉 융합하여 시너지를 갖는 개성 강한 팀을 만들어 낼 수 있습니다. 국민 모두가 사랑하는 박지성 같은 선수 11명을 모아 축구팀을 만든다면 우수한 팀이 될 수 없는 것과 마찬가지입니다.” 의미심장한 이야기였다.
또한 바로 이어 “여기서 전문성이란 자기 분야의 기초가 탄탄하고, 창의성과 차별성을 갖는 것을 의미합니다. 국내에서는 기초연구보다는 응용연구에 많은 투자를 하고 있습니다. 하지만 탄탄한 기초만이 환경 변화를 빨리 극복하고 자기 전문성을 유지하며 다른 전문성을 갖는 팀원과 융합이 가능하다고 확신합니다. 즉 축구에서 다른 특징을 갖는 새로운 팀을 만나도 어렵지 않게 준비된 팀의 전술을 잘 적용할 수 있습니다. 그리고 창의성을 갖기 위해서는 자기의 일을 즐길 줄 알아야하고, 다른 팀원들과의 많은 대화 혹은 의견 교환이 필요합니다”라고 말했다.
투수가 직구를 던질 줄 알아야 변화구도 던질 수 있듯이 어떠한 분야도 기본이 튼튼해야 수많은 파도를 이겨내고 헤쳐나갈 수 있을 것이다.
태양의 무한한 힘을 인간을 위해 새롭게 변화시켜가는 강용수 교수팀의 연구가 더욱 주목되는 2011년이다.
