환경학 및 환경공학과 윤정호 교수 연구팀이 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 ‘2023년도 해외우수연구기관 협력허브구축사업’에 최종 선정됐다. 사업 선정으로 경희대는 영국 써리대학(University of Surrey)과 ‘차세대 내방사성 강화 및 경량 우주태양전지 연구개발’ 과제를 수행한다.

2023학년도 해외우수연구기관 협력허브구축사업 선정
차세대 내방사성 강화 및 경량 우주태양전지 개발 위한 공동연구 수행

환경학 및 환경공학과 윤정호 교수 연구팀이 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 ‘2023년도 해외우수연구기관 협력허브구축사업’에 최종 선정됐다. 사업 선정으로 윤 교수 연구팀은 2023년 7월부터 2028년 12월까지 과제비 총 41억 2천만 원을 지원받아 ‘차세대 내방사성 강화 및 경량 우주태양전지 연구개발’ 과제를 수행한다.

내방사성 강화한 경량 우주태양전지 개발 목표, 우주 소자 국산화 기회
현재 대부분의 인공위성에는 고가이면서 무거운 삼중접합 구조의 태양전지가 사용되고 있다. 하지만 최근 위성이 소형화되며 태양전지 경량화의 필요성이 높아지고 있다. 페로브스카이트 태양전지는 할라이드 페로브스카이트 물성으로 인해 단위질량 당 높은 전력 생산량을 보여 우주 환경에서 우수한 내방사성이 기대된다. 윤 교수 연구팀은 내방사성을 강화한 경량 우주태양전지를 개발해 소형인공위성(Cube-Sat) 탑재를 목표로 연구에 나선다.

우주 소자의 국산화 역시 기대되는 점이다. 윤정호 교수는 “국내 인공위성 개발에 적용되는 전기·전자 소재 및 소자 전량이 해외에서 수입되는 실정이다. 국산 부품 시험기술을 바탕으로 우주 실증 기술의 국산화가 필요하다”며 연구의 중요성을 설명했다. 소자를 해외에 의존해 수출 규제로 인한 불확실성 역시 문제였다. 연구를 통해 우주 태양전지를 국산화하고, 개발 과정에서 확보한 소재·공정·검증 기술은 다른 우주 소자 개발에 활용할 수 있다.

윤정호 교수는 고효율 태양전지를 비롯해 유무기 할라이드 단결정 합성 및 광전소자 제작 기술을 보유하고 있다. 윤 교수는 “높은 방사선 에너지 노출 아래 페로브스카이트층의 결함이 회복되는 현상을 이용해 경량화된 단결정 기반 태양전지를 개발할 계획”이라고 말했다. 공동연구기관인 경상국립대 에너지공학과 박종성 교수는 진공 기반 고기능성 무기박막 증착기술 및 도핑 기술을 적용해 내방사성 강화와 빛 흡수율을 최대화하는 기술 연구를 진행한다.

우주태양전지의 검증 및 시험기술개발은 한국산업기술시험원 우주부품시험센터가 맡는다. 한국산업기술시험원은 국내 유일의 우주환경시험 전담 시설을 구축한 공공기관이다. 경희대와 공동연구기관 연구진이 개발한 우주태양전지를 우주환경에서 실증 및 검증을 진행하고 표준화된 검증 기술을 확보할 계획이다. 배원기 책임연구원은 Cube-Sat을 활용한 신규기술 검증탑재체 제작 기술을 개발한다.

“국내 우주산업체 기술 경쟁력 높이도록 노력할 것”
이번 과제는 영국의 써리대학(University of Surrey)과 ‘한영 Cube-Sat 국제공동연구센터’를 설립해 공동연구로 진행된다. 써리대는 우주산업 연구 중심 대학으로 대한민국 국적 최초의 인공위성인 우리별 1호 제작에 크게 관여한 바 있다. 또한 써리대에서 2016년 발사한 AlSat-1N TFSC Flight Payload 태양전지 검증 탑재체는 세계에서 유일하게 현재까지도 작동하며 발전량을 실시간으로 전송하고 있다. 당시 프로젝트를 총괄했던 크레이그 언더우드(Craig Underwood) 교수가 본 과제에 참여한다. 써리대의 윤재성 교수는 우주 태양전지 구조 및 전기적 특성 분석과 실증 모듈화 기술을 보유하고 있으며, 본 과제에서 제작하는 태양전지의 방사선 테스트를 진행한다.

연구팀은 교내 국제공동연구센터를 설치해 연구를 진행할 계획이다. 센터 공간이 마련되면 대면적 태양전지 제작용 진공증착 장비가 설치된다. 그 외에도 태양전지 제작용 글러브 박스와 성능 테스트용 솔라 시뮬레이터 등 다양한 장비가 연구에 보탬이 될 전망이다.

윤정호 교수는 “국제공동연구를 통해 저가의 경량 우주태양전지 및 위성소재부품을 개발하고 새로운 우주검증 기술을 확보할 것이다. 우주탐사 부품의 국산화에 한 발 더 다가갈 기회”라며 “우주전문 연구센터와 협력해 우주 전담 공인시험기관으로서 우주 원천 기술을 축적해 국내 우주산업체 기술 경쟁력을 높이도록 노력할 것”이라고 말했다. 과제의 성공적인 수행을 위해 우주과학과 진호, 문용재 교수가 자문위원으로 참여한다.

글 김율립 yulrip@khu.ac.kr
사진 정병성 pr@khu.ac.kr

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