[이슈메이커=임성희 기자]
고안정, 고효율의 2차원 페로브스카이트를 활용한 우주태양전지 연구
지역과 대학 특성 맞춰, 우주용 태양전지 과제 수행
카이랄 LED, 뉴로모픽 전자소자 등으로 연구 응용력 확장
페로브스카이트 태양전지는 차세대 반도체 연구와 맞닿아 있어, 기술 경쟁이 치열하고, 신기술의 주기가 짧아 매번 최고효율 달성 연구그룹이 바뀌기도 한다. 실리콘을 대체할 차세대 물질로 주목받는 페로브스카이트는 안정화, 고효율화가 관건으로, 페로브스카이트 연구 선진국인 우리나라에도 수많은 연구그룹이 기술을 선점하고자 연구에 매진하고 있다. 신진연구자들의 기세도 만만치 않은데, 신소재공학과 화학공학을 전공해 이 둘을 융합한 기술력으로 눈길을 끄는 연구자가 있다. 양석주 경상국립대 교수는 페로브스카이트를 최첨단의 다양한 분야로 상용화하고자 노력하고 있다. 트렌드를 읽는 ‘fancy’한 그의 연구 이야기를 들어봤다.
페로브스카이트 활용한 차세대 전자소자 연구
우주항공청과 근접한 경상국립대는 이미 항공우주 분야 특성화대로 오랜 기간 명성을 쌓아왔으며, 관련 분야 연구와 인력양성 인프라가 잘 갖춰져 있다. 2차원 페로브스카이트 기술력을 보유한 양석주 교수는 2025년 3월 경상국립대 화학공학과에 부임해, 차세대 전자재료와 전자소자 연구를 진행하고 있다. “지방 거점국립대라는 장점과 항공우주 분야로의 특성화가 제가 하고자 하는 연구와 잘 맞는다고 생각했습니다. 좋은 기회로 부임하게 되어 현재 즐겁게 연구와 교육을 이어가고 있습니다” 양석주 교수는 POSTECH 화학공학과에서 할라이드 페로브스카이트 태양전지를 주제로 박사학위를 받았고, 미국 퍼듀대 화학공학과에서 박사후연구원으로 근무하며 2차원 페로브스카이트 기반 발광다이오드 연구를 수행했다. 그는 선행연구를 기반으로 다양한 페로브스카이트 전자재료를 조정해 태양전지, 발광다이오드, 광센서, 트랜지스터 등의 다양한 전자소자에 응용하는 연구를 진행하고 있다. 차세대 물질로 각광받는 페로브스카이트를 다루며, 이를 태양전지, 발광다이오드 등 말하자면 차세대 반도체로 응용하는 연구를 진행하는 굉장히 팬시한 연구다. 양석주 교수는 최근 5년간 페로브스카이트 태양전지를 포함한 광전소자의 계면 공학, 광·열 안정성 메커니즘, 2차원 페로브스카이트 구조 설계를 주제로 주저자 SCI 논문 13편을 발표하며 관련 연구를 지속해서 수행해왔다. 그중 교수로 부임할 수 있었던 가장 큰 연구성과는 바로 2023년 [ACS Energy Letters]에 게재된 2차원 페로브스카이트 발광다이오드 논문이다. “당시 Red 발광영역에서 26% 이상의 높은 효율을 보고했는데, LED 분야에서의 첫 연구논문이었던 만큼 개인적으로도 기억에 많이 남는 연구입니다. 다양한 분석과 해석을 진행하며 연구적으로도 많이 성장할 수 있었습니다” 덧붙여 2차원 페로브스카이트 연구에 전문성을 높일 수 있었던 연구성과도 소개했다. “2021년 [Advanced Materials]에 2차원 페로브스카이트 상분리 논문을 게재했는데, 당시 제가 가고 싶었던 해외 박사후연구원 연구실이 2차원 페로브스카이트 연구를 활발히 수행하던 곳이라 이 논문 성과로 지원해 합류할 수 있었습니다. 제가 연구 방향성을 갖는데, 중요한 기회였기에, 이 연구도 기억에 남습니다” 그가 소개한 두 논문은 모두 현재의 연구자 양석주 교수를 있게 한 연구다. 관련 기술력은 보험처럼 그가 신진교수로서 활동하는데 큰 원동력이 되고 있다.
-우주용 태양전지 차별화된 기술력 기대
-국내 최초로 누리호 연구목적 탑재체에 적용 목표
‘계면 제어 및 첨가제 설계를 통한 고열안정 우주용 무기 페로브스카이트 태양전지’ 주제로 한국연구재단 2026년 신진연구 신규과제에 선정된 양석주 교수는 앞으로 우주용 태양전지 연구로 눈에 띄는 성과를 내고 싶다는 포부를 밝혔다. “경상국립대가 항공우주 분야 특성화대학이라 부임 초기부터 우주용 태양전지 연구를 준비해 왔습니다. 운 좋게도 작년에 CSA 개인 기초과제로 우주 태양전지 관련 연구가 선정됐고, 이를 통해 연구실 초기 세팅을 진행하고 데이터를 확보할 수 있었습니다. 이러한 경험과 초기 결과들이 이번 과제 선정에 큰 도움이 됐다고 생각합니다” 연구 계획 중 가장 눈에 띄는 부분이 국내 최초로 누리호 연구목적 탑재체에 적용하는 것이다. 실제 우주 환경에서의 실증은 기술의 디테일을 높일 수 있는 좋은 기회가 될 것으로 보인다. “페로브스카이트 태양전지를 국내 최초로 누리호 연구목적 탑재체에 적용하여 실제 우주 환경에서의 소자 작동과 안정성을 검증하는 것을 장기 목표로 하며, 이를 위한 페로브스카이트 우주 태양전지 선행연구를 수행할 계획입니다. 저궤도 우주 환경에서의 AM0 태양광 및 반복적 열사이클 조건에서 페로브스카이트 태양전지의 광·열 안정성 확보를 핵심 과제로 설정하고, 우주 환경 모사 실험을 통해 소자 열화 메커니즘을 규명하고자 합니다” 연구실은 저궤도 우주 환경에서 지배적으로 작용하는 AM0 태양광과 반복적 열사이클에 대응할 수 있는 고열안정 무기 페로브스카이트 태양전지의 설계 원리를 확립하고 향후 누리호 연구목적 탑재체 제안으로 연계할 수 있는 우주 태양전지 실증의 기술적 기반을 구축하는 것을 연구 목표로 삼고 있다. 양석주 교수는 유·무기 2차원 페로브스카이트 기술을 활용해 우주용 태양전지를 개발하겠다는 계획이다. “신진 연구과제를 위해 함께 연구를 준비하고 데이터를 만들어준 학생들에게 감사한 마음이 큽니다. 올해 안에 연구실 기반을 안정적으로 구축하고, 각 연구 분야에서 의미 있는 데이터를 확보해, 장기적으로는 상용화 가능성이 있는 차세대 전자소자 연구로 이어가는 것이 목표입니다”
반도체, 에너지 소재 연구, 트렌드 반영하며 상용화 위해 노력
양석주 교수의 차세대 전자재료 및 소자 연구실(NEMD;Next-generation Electronic Materials and Devices)은 차세대 전자재료와 전자소자를 키워드로 우주용 태양전지, 카이랄 발광다이오드, 뉴로모픽 전자소자로의 응용을 계획하고 있다. “최근 빠르게 성장하고 있는 반도체, 에너지 소재 분야를 중심으로 연구를 진행하고 있습니다. 각 분야에서 최신 연구 흐름을 반영하면서도 장기적으로는 실제 상용화와 연결될 수 있는 연구를 수행하는 것을 목표로 하고 있습니다” 현재는 신진 연구과제 수주로 우주용 태양전지 연구에 집중하고 있지만 앞으로는 상용화 가능한 응용범위를 점점 확장해나간다는 계획이다. “가디스트 우주 에너지 플랫폼을 통해 극한 환경에서도 안정적으로 구동할 수 있는 페로브스카이트 태양전지를 개발하고 있습니다. 또한 씨앗 우수신진연구 과제를 통해 인공 시냅스 기반 뉴로모픽 전자소자 연구도 수행하고 있습니다. 최근에는 카이랄 발광다이오드 관련 연구과제도 준비 중이며, 앞으로 LED 분야 연구도 함께 확장해나가고 싶습니다”
“대학원 활성화로, 실력 갖춘 인재 양성 하고파”
자신만이 할 수 있는 기술의 정체성을 갖고 싶어 대학원에 진학한 양석주 교수였기에 그는 제자들도 대학원에 진학해 차별화된 실력을 쌓아 사회에 진출하길 바랐다. 그러기 위해선 학생들이 관심을 두고 찾아올 수 있는 비전 있고 매력적인 연구실이 되어야겠다고 그는 다짐하며, 학생들의 대학원 진학을 독려하는 방법을 모색하고 있다고 밝혔다. 그는 우선 학생들과 자주 소통하는 게 좋다고 생각해 학과나 학교 행사에 자주 참석해 학생들과 친해지려 노력한다며 웃어 보였다. “현재 경상국립대 화학공학과는 아직 별도의 연구실 설명회나 모집 시스템은 없지만, 앞으로 대학원을 활성화하고자 노력할 계획입니다. 대학원에 진학해 실력을 쌓으면, 연구 분야 특성상 반도체, 디스플레이, 태양전지 산업과 연관성이 높아 삼성전자, SK하이닉스, 한화큐셀 등 대기업과 디스플레이 기업 등으로 다양한 진출 가능성이 있습니다. 또한 학계 진출에 관심 있는 학생들에게는 좋은 연구성과를 함께 만들고 해외 박사후연구원 등 다양한 기회도 제공하고 싶습니다”
“학생들과 함께 성장하면서 발전하는 연구실 되고파”
인터뷰 내내 덤덤하게 자신의 이야기를 이어간 양석주 교수는 배우고 성장해야 할 부분이 많은 2년 차 신진연구자인 자신에게 와준 학생들에게 감사의 말을 전했다. “저도 계속 성장하면서 학생들과 함께 발전할 수 있는 연구실을 만들고 싶습니다. 학생들이 원하는 분야로 취업하거나 진학할 수 있도록 돕고, 서로에게 좋은 영향을 줄 수 있는 연구실 문화를 만드는 것이 목표입니다. 또한 활발한 연구와 학회 활동을 통해 다양한 연구자들과 교류하고 좋은 공동연구도 이어가고 싶습니다” 그의 덤덤함은 연구를 해나가는데 플러스 요인이 됐을 것이다. 시시각각 변하는 기술과 트렌드는 엄청난 스트레스일 테지만, 양석주 교수는 덤덤하게 자신의 길을 걸어왔고 앞으로도 그럴 것이다. 지금의 자신이 있기까지 많은 분의 도움이 있었다며 그는 연구자로 성장할 수 있게 도와준 지도교수님인 POSTECH 조길원 교수님과 미국 퍼듀대 Letian Dou 교수님께 감사의 마음을 전했다. 그리고 연구실 선배와 주변 교수님들, 곁을 지켜준 아내와 가족에게도 감사의 인사를 전했다. 그의 연구는 이제 시작이다. 페로브스카이트를 다룰 수 있고 최대 과제인 상용화에 이바지할 수 있는 주목받는 신진연구자이자 독립연구자로 발을 떼며, 앞으로 그가 수많은 물음표를 어떻게 느낌표로 만들어 갈지 기대된다.
Copyright ⓒ 이슈메이커 무단 전재 및 재배포 금지
본 콘텐츠는 뉴스픽 파트너스에서 공유된 콘텐츠입니다.
