나노에 에너지기술을 융합한 에너지변환 장치나 태양전지, 차세대 친환경 전원장치 등은 DGIST가 자신있게 내세우는 주력 연구 분야다.
이들 관련 연구는 나노·에너지융합연구부와 태양에너지융합연구센터에서 주로 진행하고 있다.
◇나노·에너지융합연구부
현재 연구원 40여명이 나노기술(NT)을 기반으로 한 신소재와 바이오 플라스틱, 에너지 변환 및 저장소재 등을 연구한다.
나노 신소재 부문은 수소저장재료 응용기술, 미케노 발광 등 신개념 광학소자 개발 등을 핵심과제로 한다. 바이오 플라스틱 연구는 기존 석유화학 기반이 아닌 나무 셀룰로오스를 통해 플라스틱을 제조하는 기술 개발을 진행 중이다.
연구부는 저온에 녹여 플라스틱을 생성하고 셀룰로오스 분자를 변형해 플라스틱 사출성형이 가능한 기술을 보유하고 있다. 미래형 자동차에 활용할 수 있는 고효율 에너지 저장장치(ESS)와 폐기되는 열을 에너지로 변환하는 에너지 변환 열전소재도 주요 연구분야로 R&D를 진행하고 있다.
자체 연구성과와 기술이전을 통한 상용화도 잇따르고 있다. 지난해 연구부 소속 정순문 선임연구원이 전력 없이 바람으로 구동되는 미케노발광 디스플레이를 개발했다. 백색 미케노발광을 구현해 조명분야에 활용할 수 있는 가능성도 열었다.
미래창조과학부 중견연구자지원사업으로 진행된 이 연구결과는 에너지 환경분야 국제 학술지 ‘에너지와 환경과학(Energy&Environmental Science)’과 영국왕립화학회가 발간하는 화학 관련 소식지 ‘케미스트리 월드(Chemistry world)’에도 소개됐다.
연구부에서 개발한 열전소재 및 소자 기술은 기업에 이전됐다. 지난 2013년 결정방향 제어형 열전소재 제조기술, 열전모듈 설계 및 제조기술을 이전해 기술이전료 1억원을 벌어 들였다.
연구부 기술을 기반으로 정관머티리얼과 한국소재, 인네이쳐씨앤에이치 등 연구소기업 3곳도 설립했다. 열전소재 기술을 이전받은 정관머티리얼은 열전냉각모듈과 산업용 폐열 회수 발전시스템 개발을, 인네이쳐씨앤에이치와 한국소재는 나노입자 관련 기술을 이전받아 상용화에 속도를 내고 있다.
김호영 나노·에너지융합연구부장은 “지난해 연구성과를 낸 미케노발광 연구분야는 기능적으로 빛의 밝기를 키우는 연구와 적용 분야를 넓혀 상용화를 앞당기는 연구를 진행 중”이라며 “앞으로 나노기술을 기반으로 응용연구와 기업기술이전을 통한 상용화에 주력할 계획”이라고 밝혔다.
◇태양에너지융합연구센터
유무기 융합멀티 플랫폼 기반 고성능 태양전지 기술과 금속원소를 이용한 고효율 구리·아연·주석·황/셀레늄(CZTSSe) 화합물 박막태양전지 개발이 주요 연구분야다. 미래 친환경 전원장치 등 차세대 융·복합 기술과 염료감응 태양전지용 염료 및 상용화 기반 연구도 진행 중이다. 태양전지분야 전문가 20여명이 참여하고 있다.
주로 태양에너지 분야를 집중 연구했다. 현재 국내외 최고 수준 태양전지 기술을 보유하고 있다. 고효율 염료감응 태양전지용 신규 유기염료(11%대 효율) 개발로 지난 4월 제10회 이달의 산업기술상(산업통상부 장관상)을 받기도 했다. 연구센터는 오는 2017년까지 진행되는 2단계 사업에서 엠비케이, 영남대, 동진쎄미켐과 공동연구를 통해 상용화를 시도한다.
차세대 태양전지로 불리는 CZTSSe 박막태양전지는 최근 세계 최고 수준(12.6%)에 근접한 12.3% 효율을 확보했다. CZTSSe는 구리·인듐·갈륨·셀레늄(CIGS) 태양전지에 비해 소재비가 적게 드는 대신 효율을 높이기가 힘들었다.
연구센터는 지속적인 투자와 연구를 통해 효율을 14.5%까지 끌어올려 양산 가능한 공정기술을 개발한다는 전략이다. 센터는 CIGS 태양전지 효율도 현재 19.1%까지 올려놨다.
나노박막층을 이용한 고분자 태양전지 표면처리 기술은 국내 최고 수준이다. 지난해 초 고분자 태양전지 제작공정 중 산화아연표면에 폴리에틸렌이민(PEI) 수용액을 나노미터 두께로 얇게 처리, 태양전지 효율을 기존 7%에서 8.9%로 끌어올리는 데 성공했다.
두께를 최적화해 고분자 태양전지 상용화 가능 효율인 10%에 근접한 9% 이상 광전효율을 달성했다. 이 연구는 에너지분야 저널인 ‘어드밴스트 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)’에 소개됐다.
센터는 또 지난 2012년부터 KAIST, KIST 등 국내외 교수와 연구원으로 구성된 차세대 태양전지 연구회도 운영하고 있다.
김대환 센터장은 “앞으로 지속적인 연구를 통해 다양한 소재를 활용, 세계 최고 수준 태양전지 기술을 개발해 나갈 계획”이라며 “연구 수월성을 지향하고 글로벌 연구협력 활성화, 공동연구 기반 조성에 최선을 다할 것”이라고 말했다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
