울산대 개발 신기술 '2017 국가연구개발 우수성과 100선' 선정

버려지는 폐열·태양열, 전기 에너지화 '눈앞'

울산대 물리학과 조성래 교수팀이 열전방막시료 제작 장치를 운용하고 있다. [사진=울산대 제공]

울산대는 에너지 하베스트-스토리지연구센터(센터장 홍순철․물리학과 교수)가 개발한 '버려지는 에너지를 효율적으로 사용하는 기술'이 교육부의 2017년 100대 국가연구개발 우수성과로 선정됐다고 18일 밝혔다.

이 기술은 폐열과 태양열 등을 전기 에너지로 바꾸는 열전발전 효과를 극대화한 열전 반도체 신물질을 개발한 것으로, 세계 그린에너지 생산에 획기적인 역할을 할 것으로 기대되고 있다.

주변에 널려있거나 버려지는 태양에너지, 운동에너지, 열에너지, 전자기에너지 등을 수집해 사용하는 개념인 에너지 하베스팅(harvesting) 기술은 대표적인 청정에너지 기술이지만, 효율이 높지 않아 그동안 효율성을 제고하는 것이 관건이었다.

교육부 지정 '대학중점연구소'인 울산대 하베스트-스토리지연구센터는 지난 2009년부터 신성장 녹색기술 개발에 매진, 지난 2016년 효율성을 극대화한 하베스팅 기술을 개발해 이번에 그 우수성을 인정받았다. 센터 내 물리학과 조성래(51) 교수팀은 주석-셀레나이드(SnSe) 결정에서 일부 주석을 비스무스(Bi) 원소로 치환한 n-형 SnSe 단(單)결정에서 열전성능지수(ZT) 2.2, 발전효율 10% 이상인 세계 최고 수준의 반도체를 제조하는 데 성공했다. 지금까지 상용화된 비스무스 텔루라이드(Bi-Te)계 물질의 열전성능지수는 1, 발전효율은 5% 정도 수준이다.

특히 n-형 반도체인 이 기술은 미국 노스웨스턴대학이 지난 2014년 개발한 열전성능지수 2.6인 p-형 열전반도체와 쌍을 이뤄 효율성을 극대화할 수 있기 때문에 열전발전기의 상용화를 크게 앞당길 전망이다.

또 센터 내 물리학과 조신욱(44) 교수팀은 무거운 실리콘 기반의 무기물 태양전지 대신 가벼운 건물일체형 태양창문형 방식이 적용된 유기 태양전지를 개발해 10.08%의 높은 에너지 변환 효율을 얻는 데 성공했다.

이 기술은 우수한 에너지 효율성·기능성․심미성까지 가미된 건물일체형 태양전지로 활용이 가능하기 때문에 태양전지가 안고 있는 가장 큰 단점인 공간적 제약을 극복할 수 있고, 건물 내․외관의 디자인 감성 소자로도 활용할 수 있어 고부가 가치 창출뿐만 아니라 공공설비 등 사회 기반시설 인프라 구축에도 기여할 것으로 보인다.