[우수 연구자] 신소재공학과 김세윤 교수

-간략한 소개 부탁드립니다.

  안녕하세요. 경남대학교 신소재공학과 김세윤 교수입니다. 경북대학교에서 무기재료공학과 학사를 졸업하고 전자재료공학사 석사, 동 박사 학위를 취득 했습니다. 대구경북과학기술원(DGIST) 및 경북대학교 신소재공학부 박사 후 연구원과 DGIST 박막태양전지연구센터 연구원을 거쳐 2020년 9월 경남대학교에 부임 받아 학생들을 교육하고 있습니다.

  주 연구 분야는 ▲열차폐소재, 장기안정성 평가 ▲투명산화물반도체 ▲할라이드 페로브스카이트 광전소재 ▲황/셀렌화물 기반 유연 차세대 박막태양전지입니다. 최근 3년간 재료분야에 논문 17편(평균 IF 9.4) 등의 연구결과를 발표한 경험이 있습니다.

<사진: 경남대학교 신소재공학과 김세윤 교수>(150, 80)
 

-그동안 진행하신 연구과제 참여 내용을 알려주시기 바랍니다.

  학위과정 동안은 투명산화물반도체 또는 투명전극에 대해 연구를 진행했습니다. 박사 후 연수연구원 기간 동안 다양한 차세대 태양전지에 대해 연구를 해왔습니다. 경남대학교에 오기 전까지 DGIST 박막태양전지 연구센터에서 차세대태양전지 연구를 수행했습니다.

  현재는 ‘CZTS계 박막태양전지 계면제어 연구’로 한국연구재단(과학기술정보통신부)지원 ‘생애첫연구’사업을 수행 중이며, DGIST 박막태양전지 연구그룹과 협업을 통해 연구를 진행하고 있습니다. 4차 산업시대에서 요구하는 전력을 효과적으로 제공하기 위해서 태양전지는 꽤 중요한 역할을 합니다. 또한 Si 기반의 중앙집중식 태양전지 발전소 형식에서 건물일체형태양전지(BIPV), 차량일체형태양전지(VIPV), 전자기기일체형태양전지(DIPV)와 같은 도심형 분산전원형식으로의 변형이 요구되고 있습니다.

  도심형 분산전원 태양전지는 고효율 광전변환특성과 더불어, 안정성, 경량성, 유연성, 심미성이 요구되기 때문에 기존 Si 기반이 아닌 화합물박막태양전지가 적용될 것으로 예견되고 있습니다. 현재 상황에서 사용가능한 화합물 박막태양전지는 CdTe와 Cu(In,Ga)Se2(CIGS) 박막태양전지이나, CdTe의 경우 Cd의 독성문제로 사용처가 매우 제한적입니다. CIGS의 경우 In/Ga 희토류 자원수급이 해외 의존적이기 때문에 안정적인 사업이 불가능하다는 문제가 있습니다.

  이러한 배경아래, 범용-무독성 소재를 사용하는 Cu2ZnSnS4(CZTS) 박막태양전지에 대한 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있습니다. 범용 무독성 소재를 이용한 고효율 CZTS 박막태양전지 기술이 확립될 경우, BIPV, VIPV, DIPV 에 적용되어 도심형 보조발전원으로 활용될 뿐 아니라, 수상형, 영농형 태양전지로의 응용이 기대되기 때문에 해당 연구는 중요한 의미를 가집니다. 해당분야를 선도하는 연구그룹과 공유·협업을 통해 대한민국이 해당 분야를 계속해서 선도해 나갈 수 있도록 최선을 다하겠습니다.

[뉴시스] DGIST, 박막태양전지 기공결함 원인 찾아 발전효율 높였다
 

-연구 분야 및 관심 분야에 대해 설명해 주시기 바랍니다.

  재료공학을 전공한 사람이 소재/부품에 대한 연구개발을 할 때, 본질적으로 다루는 부분은 조성설계(결정구조)와 미세구조제어입니다. 조성설계와 미세구조제어를 현재기술(공정)보다 더 잘 제어하기 위해서 신기술(신공정) 개발이 필요합니다. 이를 통해 물성과 성능이 향상되게 됩니다. 즉, 이 세상이 원하는 새로운 물성과 성능을 구현하기 위해서는 신소재가 필요한데, 신소재는 이전에 구현되지 않았던 결정구조와 미세구조가 구현된 것을 의미합니다.

<사진: 금속전구체 적층순서에 따른 연구결과 모식도>

  예를 들어, 태양전지 분야에서 제가 연구하고 있는 것은 태양전지 성능을 향상시키기 위한 연구입니다. 그 본질은 결정구조/미세구조제어에 관한 것이었습니다. 연구주제(소재의 물성 또는 응용처)는 변할 수 있지만, 재료공학도로서 하는 행위는 결정구조제어(조성설계)와 미세구조제어로 거의 동일합니다. 결정구조제어(조성설계)와 미세구조를 제어하는 것은 자연현상(보편적인 방향성)을 이해하고 이를 이용하는 것이기 때문에 개인적으로 공정기술개발을 통해 결정구조와 미세구조를 제어하고 그 결과를 보는 것에 대해 큰 흥미를 가졌습니다.

  최근에 지역산업과 관련된 연구를 새롭게 시작했습니다. 항공엔진/발전용 가스터빈에 이용되는 극한소재(열차폐코팅막)에 관한 것입니다. 해당분야는 국가 간 정보공유가 매우 폐쇄적이기에 각 국가에서 자주적인 문제파악과 기술개발이 요구되는 분야로 알려져 있습니다.

  감사하게도 이전 태양전지에서 연구했던 연구경험이 새로운 연구주제와 맞닿아 있는 내용 있어 생각보다 빠르게 해당분야에서 연구주제를 설정할 수 있었습니다. 또한 관련된 연구주제를 위한 장비구축 형 과제를 수주하여 필요한 장비들을 저희 실험실에 구성하게 되었습니다. 더하여, 신소재공학과는 발전용가스터빈과 관련된 지역인력양성사업을 운영하고 있기에 지역에서 필요한 기술개발과 인력양성에 박차를 가할 수 있게 되었습니다.

  현재 새롭게 진행하고 있는 내용은 가스터빈에 사용되는 블레이드를 보호하기 위한 열차폐소재코팅기술과 관련되어 있습니다. 열차폐코팅막을 오랫동안 잘 붙어 있게 하기 위한 코팅층 구조설계기술과 보다 경제적인 코팅공정기술을 개발하는 것이 주요 내용입니다. 이러한 내용은 앞서 설명한 것과 마찬가지로 결정구조(조성)와 미세구조제어가 핵심인 것으로 이해되기때문에 제가 하는 일이 연속선상 위에 있다고 여겨집니다. 연구를 통해 해당분야의 발전에 기여하고 싶습니다.

-연구를 하면서 가장 기억에 남는 일화를 알려주시기 바랍니다.

  먼저, 협업에 관한 경험입니다. 그동안 연구자로서 연구기간동안 혼자 연구를 진행한 경우도 있었고 여러 사람과 협업을 통해서 연구를 진행하는 경우도 있었습니다. 둘 다 경험한 결과, ‘여러 사람과 협업을 통해서만 이룰 수 있는 연구가 있다’라고 여겨집니다. 여러 사람과 협업을 통해 얻은 결과물에 대한 평가 또한 혼자 얻은 결과물에 비해 훨씬 좋았습니다. 다양한 전공자들과 꾸준한 토의가 이루어질 때 쉽고 빠르게 문제를 해결한 경우가 많았습니다.

  어려워 보이던 목표가 쉽게 달성되었던 경우를 기억합니다. 한 팀으로 구성된 구성원들 간의 분위기도 중요하다는 것을 알게 되었습니다. 한 그룹에서의 개인의 역할을 충분히 하기 위해서는 개인의 역량도 필요하다는 것도 느꼈습니다. 한 팀으로 구성된 사람들이 팽팽하게 일을 진행해 나가기 위해서는 각기 전문성이 필요하다는 것도 깨달았습니다. 이러한 경험을 바탕으로 학생들에게도 협업과 전문성을 강조하고 있습니다.

  다음으로 자신을 믿는 경험입니다 일반적으로 그동안 알려져 . 있던 모델에 기초하여 후속 연구가 진행됩니다. 제가 진행했던 연구 중 몇몇은 그동안 알려져 있던 모델을 뒤엎는 연구였습니다. 전 세계적으로 기존 모델을 수긍하여 후속 연구가 한창 진행되고 있는 와중이었습니다. 저희 그룹도 기존 모델을 기반으로 연구를 진행하고 있었기 때문에 새로운 모델을 제시 했을 때 모두가 동의하지 않았습니다. 시간이 지나 실험결과로 증명이 되자, 그룹 내 구성원 모두가 동의하게 되었습니다. 또한 해당 연구결과를 국제학회에서 발표했을 때, 관련연구를 진행하던 해외 연구소/연구그룹의 장이 다가와 악수를 청했었던 것을 기억합니다. 제 스스로를 믿어주고 몇 걸음 더 가 봤던 경험은 현재에도 큰 힘이 됩니다. 학생들에게도 자기 스스로를 믿고 연구를 진행해 보라고 독려합니다. 현재 연구하고 있는 분야의 난제가 경남대 학생들에 의해 풀릴지도 모르겠습니다.

-연구 중 애로사항이 있으셨다면 알려주시기 바랍니다.

  연구는 문헌조사부터 시작해 연구목표와 연구내용, 추진전략을 세우게 됩니다. 그리고 연구를 진행해 나가다 보면 상상과 다른 현실을 마주하게 됩니다. 대부분 계획대로 잘 진행되지 않습니다. 과제 책임자로서 책임져야할 부분들이 많아지다 보니, 연구를 계획하는 단계와 수행하는 단계에서 근성과 용기가 없으면 견디기 힘들다는 것을 깨닫습니다. 그러한 과정 중에 스스로에 대한 믿음과 일에 대한 책임감이 행동을 멈추지 않게 하는 원동력이 되는 것 같습니다. 이러한 원동력이 유지될 수 있도록 노력하고 있습니다.

<사진: 경남대학교 신소재공학과 김세윤 교수>(150, 80)

-앞으로 목표(연구, 희망, 꿈)를 알려주시기 바랍니다.

  가까운 목표로는 경상남도/창원 지역에 연계된 소재 관련 기업과 협업을 희망합니다. 잘 할 수 있는 분야(조성설계, 미세구조제어)에 제 에너지를 쏟아 기업의 문제가 해결되고 경쟁력이 강화되길 바랍니다 그 과정을 통해 학생들이 전문성을 갖춰 . 대접받는 직업을 얻기를 또한 바랍니다.

  저는 시대맞춤형 인재양성과 기술개발로서 한 민족의 먹거리를 만드는 삶을 살고 싶습니다. 이렇게 내 뱉고 나면, ‘매여서라도 이러한 삶을 살겠지’하며 부끄러움을 무릅쓰지만 주저 없이 말합니다. 대학에서 교수로써 일하는 내용이 제가 원하는 삶과 맞닿아 있어서 기쁘게 생각하고 있습니다.

-타 연구자 및 학생들에게 전하고 싶으신 말을 알려주시기 바랍니다.

  학생들에게 말하고 싶습니다. 저는 지방이라고 구분되는 지역에서 나고 자랐으며, 교육받았습니다. 발전하는 속도는 느렸지만 재미있고 의미 있는 분야에 오래 있다 보니 제가 내고 있는 논문들이 학계에서 인정받아 간간히 표지논문에 실리고 있을 정도의 전문가가 되었습니다. 경남대 학생들도 시간이 걸리더라도 꾸준히 계속하다보면 언젠가 전문가라고 하는 위치에 도달할 수 있다고 전하고 싶습니다. 여러분들이 재미를 느끼고 의미를 부여하는 분야에 여러분들의 에너지를 오랫동안 쏟아 붓기를 응원합니다.

  현재 경남대학교 신소재공학과에는 풀타임 박사과정 3명, 석사과정 3명, KIMS 학연과정 5명, 학부과정 9명이 있습니다. 대학원에서 연구개발을 경험하고 싶은 학생들은 주저 없이 상담요청하기를 바랍니다. 모든 학생들은 굉장한 가치를 가진 원석이라고 믿습니다. 학생들 스스로 자신의 가치에 대해 제한하지 말기를 바랍니다. 시간이 걸리더라도 사명감을 가지고 의미와 재미가 있는 일에 에너지를 오랫동안 쏟다보면 언젠가 전문가가 되며 세상이 필요로 하는 일을 해 나가고 있을 것이라 믿습니다. 경남대(신소재공학과)에서 그 기회를 잡을 수 있도록 돕겠습니다. 감사합니다.