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'기후로운 경제생활'은 CBS가 국내 최초로 '기후'와 '경제'를 접목한 경제 유튜브 프로그램입니다. 한국의 대표 기후경제학자 서울대 환경대학원 홍종호 교수와 함께합니다. CBS 경제 전문 유튜브 채널 '경제연구실'에 매주 월/화/수 오후 9시 업로드됩니다. 아래 녹취는 일부 내용으로, 전체 내용은 '경제연구실' 채널에서 참고하시기 바랍니다.

■ 방송 : 유튜브 CBS 경제연구실 '기후로운 경제생활'
■ 진행 : 홍종호 서울대 환경대학원 교수
■ 대담 : 전남중 한국화학연구원 광에너지연구센터장



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◆ 홍종호> 인공지능 집중 투자 계획으로 재생에너지도 주목받고 있습니다. 특히 태양광, 발전량을 빠르게 늘리기 위한  기술로 신소재. 페로브스카이트가 주목받고 있는데 앤틱하우스 요. 그 원천 기술과 이 분야 세계급 연구자가 우리나라에 있습니다. 태양광의 미래, 오늘 전남중 한국화학연구원 광에너지연구센터장과 함께 이야기 나눠보겠습니다. 안녕하세요.

◇ 전남중> 안녕하십니까?
◆ 홍종호> 반갑습니다. 앞서 제가 세계급 연구자라고 소개해 드렸는데요. 3년 연속 미국 클래리베이트 애 국가장학금 2차 신청기간 널리틱스(Clarivate Analytics)의 '세계 최고 영향력을 가진 연구자', 즉 HCR(Highly Cited Researchers)로 선정되셨어요. 상당히 명예로운 건데 어떤 기록인지, 어떤 성과로 얻으셨는지 말씀해 주세요.
◇ 전남중> HCR은 최근 10년 동안의 논문 연구를 종합해서 고피인용 논문을 선별하고, 이를 통해 클래 품위유지비 리베이트가 국내외 과학자들을 선발하는 것인데요. 전 분야를 통틀어서 연간 6~7천 명 정도가 선정됩니다.
◆ 홍종호> 그러면 대략 몇%인가요?
◇ 전남중> 상위 0.1%입니다. 일단 페로브스카이트 태양전지 분야가 2010년 초반부터 시작됐는데요. 제가 학위를 취득하고 나서 거의 초창기 멤버로 페로브스카이트 태양전지에 뛰어 제테크 들었습니다. 당시에 난제가 하나 있었어요. 페로브스카이트라는 구조 혹은 물질은 매우 빨리 결정화되는 성질이 있습니다. 자기조립 성질이 너무 강하기 때문에 매끈한 박막이 잘 형성되지 않고, 결정 구조들이 섬 형태로 형성되는데요. 그러다 보니까 전체적인 발전 효율이 떨어졌습니다.
그 난제를 기술적으로 풀어서 네이처지나 네이처 자매지에 논문을 게재했어요. 그것이 단일 논문으로 6천 회 이상의 인용을 기록했는데 이정도 인용을 기록한 논문은 국내에서도 몇 편 안 돼서 그중에서도 대표적인 논문이 되었습니다. 



◆ 홍종호> 어떻게 전 세계적으로 가장 빨리 이 분야를 연구하게 된 겁니까? 다른 나라의 연구자들은 페로브스카이트라는 물질에 관심을 덜 가졌나요, 아니면 박사님께서 혜안이 있으셨던 건가요?
◇ 전남중> 저는 젊은 연구자 축에 속하기 때문에 다른 연구자들과 인터랙션이 아직 부족한 부분이 있죠. 한국화학연구원에 같이 계셨던 석상일 박사님, 지금은 울산과학기술원(UNIST) 특훈교수로 계시는데요. 그분이 스위스와의 국제공동연구를 통해서 페로브스카이트 소재를 알게 되셨고, 잘하면 우리가 퍼스트 무버로 나아갈 수 있겠다고 판단하셨던 것 같습니다. 박사님께서 그걸 잘 받아오셔서 저희가 집대성했다고 보시면 됩니다.
◆ 홍종호> 연구계에 있어서는 굉장한 성공 사례라고 볼 수 있네요. 제가 짐작하건대 기존의 태양전지는 크리스탈린 실리콘(crystalline silicon solar cells) 기반이잖아요. 이게 워낙 시장에서 압도적이다 보니까 상대적으로 페로브스카이트 같은 신물질에 대한 학계의 관심은 덜하지 않았나 하는 생각도 드는데 어떻습니까?
◇ 전남중> 초창기에는 당연히 그랬습니다. 저희가 연구를 시작할 때 효율이 너무 낮았습니다.
◆ 홍종호> 경쟁이 안 된다는 거죠?
◇ 전남중> 에너지 변환 효율이 처음에는 3.8%였어요. 실리콘 태양전지는 너무나 상용화돼 있고 멀리 퍼져 있는 상황이잖아요. 그래서 3.8%로 뭘 하겠냐 했는데, 연구자들이 달라붙어서 5%, 10%, 15% 이렇게 점점 더 높은 효율을 만들어내다 보니까 지금은 실리콘 태양전지와 비슷한 효율까지 단기간에 오게 됐습니다.



◆ 홍종호> 태양전지는 효율이 굉장히 중요하잖아요. 페로브스카이트의 효율이 기존 태양전지의 효율에 육박했다고 말씀하신 건 상용화 차원에서인가요? 아니면 실험 차원에서인가요?
◇ 전남중> 조그만 소자, 그러니까 좁쌀만 한 면적에서 효율을 따라왔다고 보시면 될 것 같습니다. 실리콘 태양전지는 훨씬 더 오랜 역사와 전통이 있기 때문에 작은 소자를 통해 모듈로 구현됐습니다. 실리콘을 완전히 따라가려면 아직 멀었지만, 실리콘을 기반으로 페로브스카이트 태양전지도 충분히 상용화 관점에서 빠르게 나아갈 수 있을 거고요. 집중적으로 예산이 투자된다면, 상용화 모델을 타서 실리콘 태양전지 모델로 갈 수 있지 않을까 생각합니다.
◆ 홍종호> 기존 실리콘도 모래, 규소 기반이니까, 페로브스카이트도 하나의 물질인지, 희토류인지, 핵심 광물을 수입해야 하는 건지 궁금해하실 것 같아요.
◇ 전남중> 그런 건 아니고요. 페로브스카이트는 구조 이름입니다. 러시아 광물학자 레프 페로브스키의 이름을 따왔습니다. 1839년 우랄산맥에서 칼슘 타이타늄 옥사이드 형태로 발견됐고, 이를 페로브스카이트 구조라고 명명했고요. 페로브스카이트 구조가 태양전지에 쓰이는 구조와 비슷해서 이렇게 부르는 것이고, 실제 거기에 쓰이는 원소들은 ABX₃ 형태의 화학식으로 표현합니다. A에는 유기 암모늄염 형태가 들어갑니다. 쉽게 말하면 소금 결정은 Na⁺와 Cl⁻ 이온으로 이루어져 있습니다. 이처럼 Na⁺와 같은 이온들이 구성된 것이라고 보시면 됩니다.



◆ 홍종호> 그럼 19세기에 발견됐다는 그 광물을 태양전지에 활용할 수 있겠다고 생각해서 가져온 겁니까? 아니면 독자적으로 연구하다 보니, 그때 발견된 광물과 분자 구조가 비슷하다고 알게 된 겁니까?
◇ 전남중> 일본 도쿄대학교의 미야자카 츠루오 교수가 2009년에 처음으로 페로브스카이트 태양전지를 시작했습니다.
◆ 홍종호> 얼마 안 됐군요.
◇ 전남중> 네. 그게 페로브스카이트 태양전지의 시작입니다. 염료감응형 태양전지라고 해서 고체형 타입은 아니고요. 액체 같은 형태로, 염료가 감응하면서 효율을 내는 방식인데요. 당시에 페로브스카이트를 염료감응형 형태로 만들다 보니, 효율을 한 번 측정하고 나면 계속 떨어졌어요. 고체 형태가 아니니 효율이 쭉쭉 떨어진 거죠. 그래서 처음에는 그렇게 주목받지 못했던 부분이 있습니다.
◆ 홍종호> 그렇군요. 하여간 발전 효율이 핵심이고, 결국 경쟁력의 원천 아니겠습니까?
◇ 전남중> 태양전지는 발전 효율이 거의 다라고 보시면 될 것 같습니다.
◆ 홍종호> 그 외에는 페로브스카이트가 어떤 장점이 있습니까? 적은 면적이 필요하다는 점인가요?
◇ 전남중> 최근에 각광받는 게 탠덤 태양전지입니다. 사실 실리콘 태양전지는 이미 한계 효율에 도달했거든요. 기술적으로 한계에 부딪히다 보니, 연구자들이 효율을 더 높일 방법을 찾기 시작했고요. 페로브스카이트 태양전지가 발전 효율이 점점 올라오고, 실리콘과 비슷한 수준까지 오르니까 이걸 합치는 연구가 활발해졌습니다.
◆ 홍종호> 그래서 탠덤이군요. 두 가지를 합쳐서요.
◇ 전남중> 맞습니다. 그래서 탠덤 태양전지가 메가 트렌드로 떠오르고 있습니다.



◆ 홍종호> 합친다는 건 어떤 의미인가요? 한 모듈에 두 가지가 같이 섞여 들어가는 겁니까?
◇ 전남중> 네, 한 모듈에 하나의 디바이스로 만들어진다고 보시면 될 것 같아요. 태양 빛이 들어오면 가시광 영역도 있고 적외선 영역도 있는데요. 탠덤 태양전지는 전 영역대의 태양광을 모두 활용하는 방식입니다. 페로브스카이트 태양전지는 상대적으로 가시광 영역 흡수에 강하고, 실리콘 태양전지는 적외선 영역 흡수에 강하기 때문에, 이 둘이 빛을 같이 쓰는 거죠.
◆ 홍종호> 상호보완적인 효과가 있군요.
◇ 전남중> 그러니까 페로브스카이트 태양전지를 실리콘 태양전지로 대체한다는 개념은 절대 아니고요. 두 소재를 함께 활용해 초고효율 태양전지를 만들어낸다고 보시면 될 것 같습니다.
◆ 홍종호> 국내 기업이 이 분야에서 앞서 나가고 있다는 얘기를 얼핏 들은 것 같은데 맞습니까?
◇ 전남중> 네, 지금 한화큐셀, 한화솔루션에서 이 페로브스카이트 탠덤 태양전지 연구를 진심으로 연구하고 있습니다.
◆ 홍종호> 그럼 한화와 화학연구원이 함께 산학, 산연 협력도 합니까?
◇ 전남중> 네. 그런 것들도 저희가 한국에너지기술평가원이라는 정부 기관에서 지원받아서 과제로 일부 진행한 바 있고요. 앞으로도 진행할 것 같습니다. 이런 연구 결과를 통해 충북 진천에 생산 라인을 구축해서 모듈들을 생산하고 있습니다.
◆ 홍종호> 이미 구축해서 생산하고 있는 건가요?
◇ 전남중> 네. 그런 모듈들을 찍어내고 있는데요. 다만 아직은 안정성 테스트 등을 거쳐야 하고요. 최종 제품 생산은 제가 알기로는 2027년쯤으로 예상됩니다.
◆ 홍종호> 그 타임라인대로라면 우리나라가 탠덤 태양전지 시장에 가장 먼저 제품을 출시하는 나라가 될 수도 있는 건가요?
◇ 전남중> 장담할 수는 없습니다. 아시다시피 지금 중국은 실리콘 태양전지를 워낙 잘하고 있고, 가만히 있지는 않을 겁니다. 유럽 국가도 마찬가지고요. 예를 들어, 옥스퍼드 PV라는 회사가 있는데요. 페로브스카이트를 잘 아는 당시 옥스퍼드 대학의 헨리 스네이스(Prof. Henry Snaith)교수와 차린 회사입니다. 한화솔루션이 본격적으로 탠덤 태양전지를 시작하기 전부터 그쪽에서는 실리콘-페로브스카이트 태양전지를 이미 진행하고 있던 셈이죠. 지금 정확한 상황은 제가 알 수 없지만, 그 정도의 회사들, 중국 기업, 유럽 기업, 그리고 우리나라 기업이 서로 경쟁하는 관계가 되지 않을까 싶습니다.



◆ 홍종호> 중국에서도 탠덤 태양전지에 관한 연구가 이루어지고 있다는 정보를 듣고 계시나요?
◇ 전남중> 네, 중국은 정말 많이 하고 있습니다. 속도도 빠르고 투자도 많고요. 아시다시피 인구도 많고요.
◆ 홍종호> 그렇죠. 한 번 밀어주면 화끈하게 밀어주는 나라니까요.
◇ 전남중> 화끈하게 밀어주죠. 아시다시피 개인 연구자에게도 설비나 양산 라인을 모두 갖출 수 있도록 천억 원씩 투입해서 연구를 진행하는 경우도 있습니다. 이런 것만 봐도 대륙의 케이스를 알 수가 있거든요. 실제 기업에 투입되는 인력도 말로 다할 수 없을 정도로 많고, 집중적으로 연구가 이루어지고 있고요. 사실상 중국을 빼고는 태양전지 산업을 논하기 어렵습니다. 다른 산업도 마찬가지인 것 같습니다.
◆ 홍종호> 맞습니다. 실리콘 기반 태양전지는 이미 중국이 전 세계에서 가장 많이 생산하고, 가격과 품질 모두 최고 수준이라는 평가를 받는다고 하지만 그래도 페로브스카이트 분야에서는 우리가 앞서가고 있다던데, 이것도 장담할 수 없는 상황이군요?
◇ 전남중> 초창기 연구에서는 저희가 앞서 있었습니다. 좁쌀만 한 태양전지가 연구의 시발점이거든요. 그 원천 기술들은 국내에서 특허로 확보했어요. 패밀리 특허 형태로 해외에도 출원하고 등록하는 시스템을 거치잖아요. 그런 시스템을 통해서 원천 기술에 대한 권리화 등은 해뒀는데, 그 기술을 키워서 실제로 상용화에 빠르게 접목하는 것은 중국이 이미 몇 년 전부터 시작하고 있었다는 거죠.
◆ 홍종호> 그럼 원천 기술에 대해서는 우리나라가 어마어마한 인용 횟수를 생산한 논문을 썼지만, 상용화는 중국이나 일본이 앞선다는 이야기에 어느 정도 동의하시나요? 아까 2027년도에 탠덤 태양전지가 국내에서 나올 수 있다는 얘기도 하셨는데, 지금 시점에서 어떻습니까?
◇ 전남중> 그럴 것 같습니다. 일단 중국은 최근에 SNEC PV라는 태양전지 전시회가 있었습니다. 거기에 국내 연구자들과 기업 분들도 많이 갔다 왔다고 하고 사진도 많이 공유해 주더라고요. 저희는 태블릿PC 같은 형태의 페로브스카이트 태양전지를 만들고 있다면 중국은 성인 신장보다 더 큰 태양전지를 만들어서 전시하고 있었어요. 그런 것만 봐도 여기에 어떤 장비가 들어갔으며 어떤 인력들이 투입됐고, 어떠한 기술들이 접목됐고, 실증 연구는 어느 정도까지 되고 있는지를 어림짐작할 수 있지 않을까 하는 생각이 듭니다.
◆ 홍종호> 결국 중국과 우리가 경쟁할 수 있는 길은, 예산의 지원이나 규모로는 도저히 안 되고요. 우리는 투자의 선택과 집중을 통해서 경쟁력의 우위를 유지해 나가는 것이 중요할 것 같아요. 연구자로서 태양전지에서는 어떤 것이 정부의 R&D 투자나 지원에 있어서 핵심적이라고 보십니까?
◇ 전남중> 맞습니다. 지금 많은 기술이 개발됐고 그것들을 실제 상용화로 접목하려면 결국 크게 만들어야 하거든요. 대면적화해서 기술들을 실제로 보여주고 아웃도어에서 실증하는 부분들에 연구자들이나 정부의 지원이 정말 세게 들어가야 하는데, 조금 분산된 느낌이에요.
전체 예산이 있으면 당연히 탠덤 태양전지에도 지원이 들어갈 거고, 페로브스카이트 태양전지나 다른 부분들에도 다 지원이 들어갈 텐데요. 결국은 투자가 집중도 있게 이뤄지고, 양산으로 갈 수 있는 장비들을 구축하는 것이 중요합니다. 보유한 기술들을 실제로 대면적으로 구체화하고 빠르게 구현할 수 있는 장비들을 잘 구축할 수 있으면 좋겠다는 생각이 드는데요. 여기서 또 한 가지 문제점이 있는 게 최근에 R&D 하시는 분들은 아마 다 공감하실 것 같아요. 장비를 사는 게 너무 오래 걸립니다. R&D 장비나 상업화 장비를 국가 시스템에서 심의하는 과정이 정말 오래 걸립니다.
◆ 홍종호> 예산 지출 절차 자체가 너무 복잡하다는 말씀이죠?
◇ 전남중> 예산이 확정되고 1차로 장비를 사도 된다고 허가가 떨어져도 2차, 3차, 계속해서 장비 심의를 받아야 하니까요. 최첨단을 달리는 기술 분야에서 장비를 구축하는 데 1년이 넘는 시간이 소모되면 그 시간은 다시 되돌릴 수 없거든요.
◆ 홍종호> 중요한 지적이세요.
◇ 전남중> 예산을 정말 효과적으로, 효율적으로 사용할 수 있게 하려면 필요한 장비를 빨리 구축할 수 있게 하는 것이 중요하다는 생각입니다.
◆ 홍종호> 이런 얘기는 새 정부의 과기부 장관이나 산업부 장관이 꼭 들어서 말씀하신 내용들이 현장에서 집행될 수 있도록 하면 좋겠습니다. 오늘 말씀 들어보면 페로브스카이트도 촌각을 다투는 기술이잖아요. 현재 페로브스카이트 기술의 발전 과정에서 어떤 연구 역할을 하고 계시는지 말씀해주시죠.
◇ 전남중> 말씀드렸던 것처럼 저희가 초창기에는 좁쌀만 한 태양전지를 만들었는데요. 미국재생에너지연구소(NREL) 차트라고 해서 세계 최고 효율을 갖는 태양전지만 실어주는 차트예요. 저희 한국화학연구원에서 그것을 7번 경신했어요. 저는 그것이 화학연구원의 대표적인 연구 성과이고 대한민국의 대표적인 연구 성과 중 하나라고 생각하고요.지금은 또 NREL 차트 중에서 모듈 효율 차트가 있어요. 200cm² 이상의 면적만 실어주는 차트인데요. 그 차트를 저희가 작년에 20.6%로 경신했습니다. 저는 그것이 저희 화학연구원에서 가야 하는 길이라고 생각했거든요. 그래서 200cm²를 기반으로 대면적화해서 실생활에 쓰일 수 있는 더 큰 태양전지로 변환하는 연구를 진행하는데요. 저희가 개별적으로 연구하는 것도 있지만 화학소재부품 상생기술협력센터라는 연구원 내부 시설을 통해서 기업과 공동 연구를 하는 것도 있습니다.
◆ 홍종호> 그래요. 말씀 들으면서 저도 굉장히 자부심이 생기고 정부에서 화학연구원이나 박사님 같은 경우에 대해 화끈하게 지원해 줘야 할 것 같은데요. 앞으로 페로브스카이트의 미래를 어떻게 보십니까?
◇ 전남중> 미래는 밝다고 봅니다. 아까 활용처를 다 말씀드리지 못했는데요. 페로브스카이트 태양전지는 탠덤 태양전지라는 발전용으로도 갈 수 있지만 반투명하게 만들어서 도심 건물에도 붙일 수 있고 유리창호용으로도 쓸 수 있어요. 그런 것들을 통해서 도심형 태양전지로도 페로브스카이트 태양전지를 이용할 수 있고요. 그리고 최근에 기후로운 경제생활을 보니까 영농형 태양전지 이야기가 나오더라고요. 페로브스카이트 태양전지가 영농형에도 적용할 수 있습니다.
◆ 홍종호> 상당히 효과적이군요.



◇ 전남중> 네. 그리고 실내의 빛에도 잘 감응해서 광전지로도 활용할 수 있어요. 용도가 매우 다양합니다. 또 저희가 활동할 때 계속 차고 다니는 스마트 워치에도 태양전지를 쓸 수 있어요.
◆ 홍종호> 저도 방금 그 생각을 하고 있었어요. 크기가 작아도 상당한 빛 흡수를 통해서 전기를 만들어낼 수 있단 말씀이군요.
◇ 전남중> 네. 그래서 저는 이 페로브스카이트 태양전지가 정말 성공적으로 상업화된다면 경제적으로 막대한 이익을 얻을 수 있지 않을까 생각합니다.
◆ 홍종호> 그래요. 정말 멋진 꿈을 갖고 계시고, 저도 응원하고 싶습니다. 여기까지 듣겠습니다. 지금까지 한국화학연구원 전남중 박사와 얘기 나눴습니다. 고맙습니다.
◇ 전남중> 감사합니다.

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