미생을 넘어 완생으로! 노벨상 후보의 태양전지 이야기

올해 노벨화학상 발표를 앞두고는 그 어느 때보다 마음을 졸였습니다. 그 이유는 바로 노벨상 발표에 앞서 노벨상 후보를 예측해 온 기관인 톰슨로이터가 올해 노벨화학상 후보로 유룡 IBS 단장을 지목했기 때문인데요, 톰슨로이터가 노벨상 후보로 한국인 과학자를 지목한 것은 처음 있는 일인 만큼 과학계에서는 여기 큰 기대와 관심이 쏠렸습니다! 

노벨화학상 발표가 있는 6시 45분경, 노트북에 노벨상 생중계를 틀어두고 계속 자리를 지키고 있었습니다. 발표가 10분 정도 늦어지며 초조함은 점점 커졌고~ 드디어 노벨위원회에서 노벨상 수상자를 발표했습니다. 이날 아쉽게도 유룡 IBS 단장을 아닌 ‘초고해상도형광현미경’을 개발하는데 기여한 과학자 세 명에게 돌아갔습니다. 그럼 유룡 IBS 단장은 어떤 기술로 노벨상 후보에 올랐었는지 함께 알아볼까요? 

안타깝게도 올해 노벨화학상의 주인공은 유 단장이 아니었지요, 하지만 이때의 경험으로 유 단장의 연구 분야인 ‘메조다공성물질’을 새로 공부할 기회가 생겼습니다! 메조다공성물질은 지름 2~50nm 크기의 작은 구멍이 무수히 나 있는 고형 물질로 자연계에서도 메조다공성물질을 찾아볼 수 있으며, 그 대표적인 물질로 알루미늄과 실리콘, 산소로 이뤄진 ‘제올라이트’가 있습니다. 

▲ 위 이미지는 인용의 목적으로 사용 되었습니다. [이미지 출처 - 위키피디아(클릭)]

구멍이 무수히 나 있는 만큼 메조다공성물질은 표면적이 넓은데요, 이 구멍 크기만 한 물질을 선택적으로 통과시킬 수도 있습니다. 따라서 메조다공성물질은 약물전달과 촉매 등에 사용됩니다. 동시에 흡착력이 좋아 오염물질 등을 제거하는 흡착제로도 이용된답니다.

여러 분야에 응용되는 메조다공성물질이 개발되기 시작된 것은 사실 최근의 일인데요, 유 단장과 함께 톰슨로이터가 후보로 지목한 사우디아라비아의 찰스 크레스지 박사가 1992년 이 물질을 개발하기 시작했고, 역시 후보로 지목한 미국의 게일런 스터키 교수도 뒤이어 이 연구에 뛰어들었습니다. 그 뒤 메조다공성물질을 개발하기 위한 연구가 기하급수적으로 늘어났지만 메조다공성물질을 만들 있는 소재는 한정돼 있었지요. 제올라이트의 구성성분인 실리콘과 알루미늄, 산소뿐이었으며, 이는 소재가 스스로 조립되는 성질을 이용하는 공정을 이용했기 때문입니다. 

▲ 위 이미지는 인용의 목적으로 사용 되었습니다. [이미지 출처 - 위키피디아(클릭)]

메조다공성물질 연구가 한창인 1993년이 돼서야 유 단장은 연구를 시작하기로 마음먹었는데요, 그리고 1999년 새로운 공정을 고안해냈습니다. 실리카(SiO2)로 메조다공성물질의 주형을 만드는 방법인데, 이 공정이 개발되고 이제 다른 재료로도 메조다공성물질을 만들 수 있게 됐지요. 그리고 재료에 따라 메조다공성물질의 화학적, 물리적 성격은 크게 달라졌습니다. 

메조다공성물질은 전극 물질로도 잘 이용되는 소재입니다. 최근 포스텍 연구팀은 니오비윰계 산화물을 이용해 메조다공성물질을 만들고, 슈퍼커패시터의 음극으로 활용한 적이 있습니다. 

메조다공성물질을 태양전지 전극 소재로 활용하려는 연구도 있습니다. 지난 2008년 성균관대 연구팀은 산화티타늄으로 메조다공성물질을 만들고, 이 소재를 태양전지 전극으로 이용했습니다. 이런 메조다공성물질을 이용해 태양전지의 효율을 높이려는 연구는 여전히 계속 진행 중입니다.

물론 태양광 사업의 수직계열화를 완성해 토탈 솔로션을 제공하는 한화도 태양전지 개발을 위해 다양한 기술과 인력을 갖추고 있으며, 전 세계적으로 주목받고 있는 태양광 사업의 리더가 되기 위해 노력하고 있는데요, 생산단가를 혁신적으로 절감할 수 있는 기술을 연구 중인 벤처기업의 지분을 인수하여 원천기술에 대한 확보도 진행하고 있답니다. ^^

이 외에도 한화케미칼 태양전지 연구센터에서는 자체적으로 개발한 공정처리 기술과 한화솔라원의 셀 효율 증대 기술을 생산라인에 적용하여 효율을 최대한 끌어 올릴 예정인데요! 안전하고 자원이 한정이 없는 태양광 사업이 얼마나 발전될지, 그리고 한화에서 얼마나 태양광 에너지 기술을 끌어 올리고 보급할지 궁금하지 않으세요? 태양전지의 그리고 한화의 더욱 놀랍고 새로운 기술! 앞으로도 기대 많이 해주세요. ^^

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