페로브스카이드 태양전지의 환경영향평가 시스템 구축
유해물질 관리방안 구축하여 해당 기술 상용화에 큰 방향성 제시
옥용식·노준홍 교수팀 연구결과, 환경분야 국제저명학술지 Environmental Research 게재

▲ 환경생태공학부 옥용식 교수(왼쪽), 건축사회환경공학부 노준홍 교수(오른쪽)

생명과학대학 환경생태공학부 옥용식 교수는 태양전지 분야의 세계적 석학인 공과대학 건축사회환경공학부 노준홍 교수와의 공동연구를 통해 4차 산업의 차세대 소재로 각광받고 있는 페로브스카이트 기반의 태양전지에 대한 환경영향평가 방향을 제시하였고 납을 포함한 유해물질에 대한 관리방안을 구축함으로써 해당 기술의 상용화에 큰 방향성을 제시했다.

금속-할로겐화물 페로브스카이트 태양전지(PSC)는 고성능, 고효율을 달성함과 동시에 경제적이며, 탄소중립에 기여할 수 있다 점에서 특히 각광받고 있다.

최근 들어, 태양전지 구성 물질 중 납(Lead, Pb)의 존재는 환경 영향과 인류의 건강을 위협하는 생체독성을 지니고 있어 이의 환경유입에 대한 우려가 있다. 일반적으로, PSCs는 태양 전지 속에 있는 납과 같은 유독성 물질의 유출을 막기 위해 박막형으로 제작되지만 박막형 태양전지는 태풍, 우박, 강설, 산사태와 같은 자연재해와 인간활동으로 인해 손상을 입을 수 있으며, 이는 태양전지 내 유독성 물질의 노출로 이어질 위험성이 존재한다. 이외에도 태양전지 폐기물 처리 과정에서도 납의 유출 위험이 존재한다. 납의 유출은 토양과 지하수 오염을 유발하고, 이는 식물체 흡수로 이어져, 먹이사슬 내에 있는 인류를 포함한 수많은 생명체의 건강을 위협하게 된다.

이번 연구는 태양전지의 환경영향평가을 위한 장기 현장연구의 초석을 마련한 논문으로 옥용식·노준홍 교수팀의 박사과정생이 제1저자로 참여했고, 토양지하수를 포함한 환경생태 분야 세계 최고 전문가 그룹인 영국토양학회 SUM(Soil Use and Management) 총괄편집장, 환경오염(Environmental Pollution) 저널 총괄편집장을 포함한 유럽, 캐나다, 영국 등 주요국의 분야별 세계상위 1% 연구자(Highly Cited Researcher, HCR)이 대거 참여하여 태양전지의 환경성 평가에 대한 새로운 방향을 제시한 논문으로 그 학술적 가치와 영향력이 높이 평가된다.

총설에서는 태양전지 폐기물이 환경에 미칠 수 있는 잠재적인 영향을 분석했고, 산화-환원 조건의 변화를 포함한 pH, 용존유기탄소, 철, 망간, 인산이온, 황산이온, 그리고 미생물 군집 등 생태환경인자들의 영향에 대해 상세히 평가했다. 연구 결과 태양전지 폐기물이 토양질에 미치는 영향은 페로브스카이트 용액에 비해 월등히 낮으며, 바이오차(biochar)를 포함한 토양 개량제를 활용하여 태양전지 폐기물을 지속가능하고 친환경적으로 관리할 수 있음을 보고했다. 옥용식 교수는 현재 실제 토양환경에서 PSC 폐기물의 위험성을 확인하기 위한 장기간의 현장 중심 연구를 수행하고 있음을 밝혔다. 이번 연구 결과는 환경분야 국제저명학술지 환경연구(Environmental Research) 저널 2023년 2월호에 게재됐다.(온라인 12월 22일 공개)

▲ 페로브스카이트 태양전지내 중금속의 환경거동과 UN SDGs와의 연계성

옥용식 교수는 세계적으로 국제협력이 가장 우수한 연구자로 논문의 95%가 국제협력에 기반, 전체 논문의 91.2%가 해당 학문 분야의 최상위 10% 저널에 출판됐다. 최근 10년간 논문 678편의 절반 이상이 가장 인용이 많은 최상위 10% 논문으로 선정됐고, HCR 수상일 현재 무려 107편의 고인용논문(HCP)을 출판, 대한민국 학자 중 가장 많은 HCP를 보유했다. 옥 교수는 플라스틱 오염, 기후변화 등 인류 난제 해결을 위한 연구 성과와 영향력을 인정받아 국제적으로 저명한 학술상을 수상, 올해는 환경생태학과 더불어 공학, 생물 및 생화학 세 분야에서 세계 최초로 HCR에 선정되며, UN 지속가능발전목표(SDGs) 및 환경사회지배구조(ESG) 연구를 선도하고 있다.

노준홍 교수는 2019년 한국과학기술한림원 선정 젊은과학자상(대통령상)을 수상하는 등 차세대 태양전지 연구 분야의 전문가로 주목받고 있다. 특히 노 교수는 페로브스카이트 태양전지의 고효율화 및 원천 기술 개발에 크게 기여해왔으며, 70여건 국내외 특허를 출원/등록하고, 네이처, 사이언스를 포함 110여 편의 SCI 논문을 게재하여 3만 4천여 회의 총 인용수를 기록하는 등 우수한 연구 성과를 내고 있다. 노 교수는 산업통상자원부 유무기복합형 태양전지 에너지혁신연구센터(센터장)로 선정되어 세계 최고 수준의 차세대 태양전지 석박사인력양성에 힘쓰고 있다.

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)