“건국대학교, 서울을 태양의 도시로 이끈다!”

<특별인터뷰> 임찬 차세대 태양전지 연구소장

“세계 최고의 태양전지연구소가 한국에 온다!”

MIT에 이어 세계에서 두 번째이자, 아시아 최초로 ‘프라운호퍼 태양에너지 연구소’가 서울 건국대학교에서 문을 열게 됐다는 소식에 전국이 들썩였다. 각 언론은 일제히 이 사실을 대서특필했고 저마다 “서울이 ‘태양광 에너지 이용’에 날개를 달았다”며 서울시가 독일의 프라이부르크, ‘태양의 도시’처럼 될 날도 머지않았다는 장밋빛 전망을 내놨다.

독일 서남부에 위치한 인구 21만 명의 중소 도시 ‘프라이부르크(Freiburg)’는 대표적 환경도시로서 전체 에너지 소비의 3%를 태양광 발전에서 얻을 정도로 무공해 청정도시를 표방하고 있다. 태양에너지 분야에서 세계최고의 연구소로 손꼽히는 프라운호퍼 태양에너지시스템 연구소(Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems - ISE)는 바로 이곳에 위치하며, 작은 무명의 도시를 일약 세계적인 친환경 도시로 탈바꿈 시키는 결정적인 역할을 했다.

오세훈 시장은 지난 2007년 1월 선진도시 벤치마킹을 위한 해외순방 중 독일의 프라이부르크를 방문, 시내 주택들이 대부분 태양열로 에너지 자급자족까지 하고 있다는 사실에 깊은 인상을 받고 이번 프라운호퍼 연구소의 서울 유치를 추진한 것으로 알려졌다.

이를 위해 서울시는 신설되는 연구소에 5년간 125억 원을 연구비로 지원, 서울시가 추진 중인 에너지제로하우스 등 ‘친환경 도시설계’에 해당 연구 성과를 활용하는 한편 관련 산업 고용창출 효과까지 거둔다는 청사진을 내비쳤다.

건국대-프라운호퍼ISE ‘차세대 태양전지 연구소’ 오픈
서울시, 태양전지기술 개발 위해 5년간 125억원 지원

서울시는 세계 최고 수준의 태양에너지연구소를 세울 장소로 건국대학교의 ‘분자첨단기술연구소’를 지목, 지난 5월 8일 서울 광진구 화양동 건국대 내 미래에너지관에서 ‘건국대-프라운호퍼 차세대 태양전지 연구소’ 개소식을 거행함으로써 아시아의 ‘환경수도’로 거듭나기 위한 역사적인 첫 발을 내디뎠다.

사실 건국대의 태양전지연구소 유치가 그리 놀랄 만한 일은 아니다. 건국대가 지난 2006년부터 생명환경과학대 옥상과 경기 이천 소재 스포츠과학센터에 태양광 발전 시스템을 설치, 하루 평균 295kWh의 전력을 공급하고 있고 지난해 대학 내에 ‘그린오션센터’를 만들어 ‘그린오션 캠페인’을 벌이고 있다는 사실을 아는 사람이라면 오히려 절로 고개가 끄덕여지는 부분이다.

하지만 건국대가 유럽 최대의 응용기술 연구기관인 프라운호퍼 연구소를 유치하기까지에는 남모를 사연이 숨어 있었다.

서울시가 지원하는 ‘세계유수연구소유치지원사업’의 주관기관 과제책임자로서 건국대-프라운호퍼 차세대 태양전지 연구소의 소장을 맡게 된 임찬 교수(화학과 물리화학, 유기반도체 전공)는 “정말 죽기 아니면 까무라치기로 매달렸다”며 “작년 4월 사업 제안서를 작성할 때만해도 주위에서 ‘왜 사서 고생하느냐’며 말리는 분위기가 역력했다”고 밝혔다.

실제로 이름만 대면 누구나 알만한 국내 유수의 대학 연구소들이 프라운호퍼의 파트너쉽 대상으로 오르내렸었다면서 “솔직히 내 자신도 반신반의했었다”고 임 교수는 실토했다.

“제가 이 학교 농대 출신입니다. 승산 없는 게임이라 여겨질 때도 있었지만 결코 포기할 수 없었습니다. 제자들, 아니 후배들에게 자존심과 자긍심을 세워주고 싶었습니다. 그래서 되고 안 되고를 떠나 밀어붙였습니다.

임찬 소장 “처음 입찰 땐 다들 뜯어말려”
“독일에서 12년 수학한 경험이 큰 도움”

지성이면 감천이라던가. 연구소 유치를 위해 밤낮으로 뛰어다니던 임 교수에게 한 줄기 서광이 비추기 시작했다. 독일에서 12년간 수학한 경력 때문인지 자연스레 필요 충분한 네트워크가 형성되기 시작한 것.

“제가 연구한 분야가 차세대 태양전지 원천연구개발과 관련된 전공이라는 점도 큰 영향을 미쳤지만, 무엇보다도 독일 연구진과 다방면에서 이해와 교류가 필요한 시점에 제 스스로 독일의 문화와 연구개발 및 교육 환경을 겪어본 연구자로서 자신감을 갖고 뛰어든 점이 긍정적인 결과를 가져온 것 같습니다.”

실제로 임 교수는 독일 화학연구 전통의 주요 축 중 하나인 마브르크시 필립스 대학(Philipps University Marburg, Germany) 화학부에서 학사 그리고 동 대학 물리화학부에서 석사 및 박사 전 과정을 이수하고 프라운호퍼 협회와 함께 독일 양대 연구기관을 이루고 있는 막스플랑크 협회 소속 고분자 연구소(Max Planck Institute for Polymer Research, Mainz, Germany)에서 유기고분자반도체 광전자물성연구 그룹책임자로서 재직한 기간까지, 총 12년간 독일에서 생활한 독일통이다.

결국 임 교수는 남들이 불가능이라 여겼던 프라운호퍼 태양에너지시스템 연구소를 세계에서 두 번째로 유치하는 쾌거를 이뤘다. 아울러 서울시로부터 향후 5년간 125억 원의 연구비를 지원받고, 연구 성과에 대한 지식재산권을 프라운호퍼와 함께 보유하는 겹경사를 누리게 됐다.

“말 그대로 ‘다이나믹 코리아’였죠(웃음). 우리나라가 그동안 이뤄온 성과가 항상 기적 아닙니까? 어찌 보면 개인적으로 무모한 도전이었지만 분자첨단기술연구소 전 연구진의 노력과, 오명 총장님과 김경희 이사장님의 적극적인 후원으로 이 같은 결실을 맺게 된 것 같습니다. 하지만 앞으로가 더욱 중요합니다. 이곳을 통해서 좋은 연구 성과가 나오고 만족할 만한 제품이 시현되기까지는 우리 연구진 뿐 아니라 독일의 프라운호퍼ISE, 후원사 측과도 항상 긴장의 끈을 놓지 않고 상호 협력하는 모습이 뒤따라야 하겠죠.”

귀국 후 2년간 연구비 "O" 사비 털어 연구원 월급 줘
당시 고생 ‘전화위복’, 태양전지 연구소가 기회 무대

지금에야 웃으면서 얘기하지만 귀국 후 2년간 연구비를 받지 못해 사비를 털어 연구원생들에게 직접 월급을 주기도 했다는 임 교수는 “그 때를 생각하면 지금은 어마어마한 성공을 거둔 셈”이라며 “당시엔 정말 내가 한국에 왜 다시 왔나 싶을 정도로 힘들었다”고 고백했다.

“사실 필립스대학에서 박사 학위를 마친 뒤, 박사 후(post doctor)과정도 거치지 않았는데 막스플랑크 연구소에서 고분자 LED 그룹 책임자로 와달라는 파격적인 요청을 받고 가게 됐습니다. 그러다 정말 우연한 기회로 모교(건국대)에서 교수로 채용돼 지난 2004년 유학을 떠난 지 12년 만에 고국으로 돌아왔으나, 내 전공분야를 제대로 적용하기 어려웠고 사회적으로 너무 많이 변해 적응하는데 꽤 애를 먹었습니다.”

임 교수는 “지금은 학교 측의 전폭적인 배려로 연구동도 배정받는 등 뭔가 해보자는 분위기가 조성돼 힘이 난다”면서 “학생들에게도 차세대 태양전지 연구소가 다시한번 재도약 하는 기회의 발판이 됐으면 한다”고 밝혔다.

건국대-프라운호퍼 차세대 태양전지 연구소는 건국대학교 내 건물 1개동 726㎡(약 220평) 공간에 클린룸 2(실험실, 평가실, 태양전지 샘플제작실)개, 사무실, 연구실 등이 들어설 예정이며 독일 프라운호퍼 ISE에서 파견한 수명의 연구진을 비롯, 건국대학교 교수진 10명과 70여명의 석·박사가 연구 인력으로 참여하게 된다.

이번 프로젝트에는 앞으로 5년간 차세대 태양전지 관련 원천기반기술 개발을 위해 동진쎄미켐과 코오롱, 코오롱 글로텍, 코오롱 건설, 이건창호, 에스엔유프리시젼 등 6개 민간 기업이 참여, 공동연구를 진행하게 되며 연구 성과는 이들 기업을 통해 상용화 단계를 밟을 예정이다.

임 교수는 “막대한 재원과 인력이 투입되는 이번 프로젝트의 목적은 결국 20~30년 후 다가올 것으로 보이는 ‘오일 피크’ 이후의 시기에 ‘어떻게 하면 생존에 필요한 에너지를 얻을 것인가’하는 질문에 대한 답으로부터 출발한다”면서 “이미 많은 논의가 진행돼 왔으나 결국 화석원료기반 에너지와 역시 소진될 원자력에너지는 장기적인 청정 재생에너지의 대안이 되기는 힘들 것으로 보이며, 결국 여러 가지 가능성 중 자연이 광합성을 통해서 보여준 대로 태양에너지를 좀 더 적극적으로 활용하는 것이 가장 현실적이며 궁극적인 방법으로 여겨진다”고 밝혔다.

이처럼 태양에너지 이용의 ‘당위성’을 강조한 임 교수는 차세대 태양전지 연구소가 화두로 내건 ‘차세대 태양전지’ 즉 염료감응형 태양전지의 개발이 시급한 이유에 대해서도 설명했다.

“전형적인 태양전지는 이미 결정성 실리콘을 기반으로 다결정성 실리콘 기반까지 많은 발전을 거듭해왔는데 전형적인 1세대 태양전지는 이미 선진국의 원천기술 선점으로 후발주자 입장에선 시장진입에 많은 제한이 있는 것이 사실입니다. 또 중국 태양전지 시장의 급격한 성장도 상당한 위험부담을 갖게 하는 요인이죠. 이외에도 비정질 실리콘계 박막형이나 CIGS 사용 태양전지 등 이른바 2세대급 태양전지도 이미 시장에 진입을 했으며 따라서 그 기술 선점이 쉽지 않은 상황입니다.”

따라서 임 교수는 “3세대급으로 불릴 수 있는 태양전지, 즉 아직 시장진입이 본격화하지는 않았으나 곧 시장에 본격적으로 진입할 것으로 판단되는 ‘염료감응형 태양전지(DSSC)’ 또는 유기태양전지(OPV) 계통의 ‘차세대형 태양전지’가 아직 개발의 여지가 남은 것들”이라고 소개했다.

염료감응형, 플렉시블(Flexible) 태양전지 개발
건물일체형 태양전지(BIPV)가 상용화 추진

임 교수가 강조하는 차세대 지향 태양전지의 실용적 지향점은 BIPV(건물일체형 태양전지) 개발이다. 현재 태양에너지를 전기로 변환하려면 건물의 옥상이나 넓은 공터에 실리콘 태양전지판을 설치하는 것이다. 그러나 빌딩숲이 들어선 서울 도심지에 태양전지판을 세울 장소를 찾기란 쉽지 않다. 하지만 건물의 외벽이나 창문의 소재로 활용할 수 있는 태양전지가 있다면 비좁은 건물 곳곳에서도 태양열을 이용한 전기 생산을 꾀할 수 있고 태양전지판을 생산하지 않아 도시 미관도 좋아지는 2중 효과까지 발생한다.

이같이 건물의 외벽이나 자재의 일부로 사용이 가능한 태양전지들이 바로 ‘염료감응형 태양전지(DSSC)’와 유기태양전지(OPV)다. 염료감응형 태양전지는 염료를 입힌 유리가 빛을 전기에너지로 변환하는 장치다. 빛만 있으면 어디든 전기 생산이 가능하며 고층빌딩의 유리창호 등에 활용할 수 있다. 실리콘 태양전지에 비해 에너지 변환 효율이 절반 수준이나 원재료비가 싸고 제조단가가 5분의 1수준이다. 플렉시블(Flexible) 태양전지(유기태양전지 OPV)는 말 그대로 유연한 태양전지로서 비닐하우스를 덮고 있는 부드러운 필름 재질을 연상하면 된다. 기술발전에 따라 접어서 보관한다거나 차후 유연성을 더 증대시키고 디자인을 향상하여 옷에 부착할 수 있는 ‘wearable 태양전지’로 사용하는 등, 모바일 기기에 적용하는 방식도 가능할 것으로 보고 있다.

임 교수는 “이러한 건물일체형 태양전지기술의 발전은 단지 건물지붕에 태양전지모듈을 설치하던 초기 단계를 지나 건물형태자체를 태양전지설치에 적절하게 설계하며 건물의 미관까지 고려하는 설계방식으로까지 발전하고 있다”면서 “나아가 ‘제로에너지하우스’라는 개념으로까지 발전, 결국 태양에너지 활용 뿐 아니라 건물의 에너지 효율을 극대화하는 복합적 기술체제로 발전하고 있는 중”이라고 밝혔다.

임 교수는 향후 계획에 대해 “프라운호퍼의 선진적 기술을 접목하고 심도 있는 분석과 크린룸 등 고수준 설비를 통해 태양전지의 원천적인 기술 개발 및 획득이 가장 중요하다”면서 “프라운호퍼의 선진적 인증기술을 적용해 개발된 기술의 적용 가능성을 지속적으로 높여 나아가는 게 목표”라고 설명했다.