최만수 교수 연구단, 광합성원리 적용… 발전효율 17.9%… IBM-샤프 제쳐
3분의 1 가격에 신문처럼 대량생산

우리나라의 총 전력생산량 중 신재생에너지가 차지하는 비율은 고작 0.7%. 경제협력개발기구(OECD) 국가 중 꼴찌다. 신재생에너지의 대표주자 중 하나로 꼽히는 태양전지 시장도 중국이 독식하고 있다.

그런데 최근 3세대 태양전지로 불리며 세계적으로 가장 ‘핫’한 태양전지 기술에서 우리나라가 1등을 차지했다. 필름을 여러 겹 붙여 만든 ‘페로브스카이트 태양전지’의 발전 효율이 17.9%로 미국 재생에너지연구소(NREL)가 홈페이지를 통해 ‘세계 1위’를 공식 인정했다.

최만수 서울대 기계항공공학부 교수는 “3세대 태양전지 분야에서는 미국 IBM, 일본 샤프 등을 제치고 큰 차이로 앞서 있다”면서 “스위스 로잔공대, 영국 옥스퍼드대 등이 우리 뒤를 바짝 쫓고 있다”고 밝혔다. 로잔공대는 발전효율이 14.1%인 페로브스카이트 태양전지를 최근 공개했다.


○ 식물광합성 모방한 태양전지로 발전효율 1위

연구진이 이번 성과를 내기까지 걸린 기간은 2년 남짓. 미래창조과학부가 값싸고 효율 높은 태양전지를 개발할 수 있도록 2011년 최 교수가 이끄는 ‘멀티스케일 에너지 시스템 연구단’을 글로벌프런티어사업단으로 선정하면서 연간 100억 원씩 집중적으로 지원한 덕분이다.

페로브스카이트 태양전지의 가장 큰 장점은 현재 태양전지 시장을 점령하고 있는 실리콘 태양전지에 비해 제조 단가가 3분의 1로 낮다는 것이다. 실리콘 태양전지가 W(와트)당 0.6달러(약 617원) 정도인데 페로브스카이트 태양전지는 W당 0.2달러(약 206원) 수준으로 가격이 떨어진다. 신문 찍어내듯 태양전지를 찍어낼 수 있어 대량 생산에도 유리하다.

최 교수는 “태양을 에너지원으로 활용하는 식물의 광합성 원리를 태양전지에 적용한 점도 발전효율을 끌어올리는 데 결정적인 역할을 했다”면서 “요즘처럼 장마철 습기나 악천후를 견딜 수 있도록 보강만 끝내면 2, 3년 안에 상용화할 수 있을 것”이라고 말했다.


○ 연료전지 촉매 백금 줄이는 기술도 개발

태양전지에 이어 연구단의 주력 기술은 연료전지다. 자동차 업계에서는 내년부터 수소연료전지 자동차 시대가 본격적으로 시작될 것으로 전망하고 있다. 하지만 이를 위해서는 반드시 넘어야 할 산이 있다. 연료전지에 사용되는 백금이다. 백금은 물을 전기분해해 수소를 만들 때 촉매로 사용된다.

연구단의 이현주 KAIST 생명화학공학과 교수는 “수소연료전지 자동차 한 대를 만들기 위해서는 백금이 70g 필요하다”면서 “기존의 디젤이나 가솔린 차량을 연료전지 자동차로 대체하려면 지구상의 백금을 다 긁어모아도 부족하다”고 말했다.

이 때문에 연구단에서는 백금의 양을 줄이는 기술을 개발 중이다. 현재 백금을 20g만 쓰고도 연료전지가 제대로 작동하게 만드는 데까지는 성공했다. 연구단은 2020년 백금의 양을 기존의 10분의 1인 7g까지 줄일 계획이다. 또 백금 대신 망간포스페이트를 촉매로 사용하는 기술도 개발 중이다.

최 교수는 “연구단이 개발하는 신재생에너지의 경쟁 상대는 현재 사용 중인 화석연료”라며 “연구단이 개발한 태양전지로 낮에 에너지를 모아 연료전지에 충전한 뒤 밤에는 이 연료전지만으로 전력을 충당하는 ‘제로에너지빌딩’도 만들 수 있을 것”이라고 말했다.

이우상 동아사이언스 기자 idol@donga.com
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