주요 연구성과
NEW 김종현 교수 공동연구팀, 가축건강진단용 자율전원 웨어러블 모듈 핵심기술 개발
- 2020-08-04
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우리 학교 김종현 교수 연구팀이 호주 연구팀과 공동으로 가축의 질병과 건강을 진단할 수 있는 태양전지 기반 자율전원 웨어러블 모듈의 핵심기술을 개발하는 데 성공했다. 이에 대규모 농가에서 가축의 건강상태를 실시간으로 진단 및 예측할 수 있는 첨단 플랫폼 구축에 활용될 전망이다.
김종현 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과)는 소속된 공동 연구팀이 CZTS 기반 저조도 태양전지에 대한 연구결과를 <저널 오브 머터리얼즈 케미스트리 에이(Journal of Materials Chemistry A), 임팩트팩터: 11.301, JCR상위 6.7%> 7월21일자 온라인판에 게재했다고 밝혔다.
논문은 “케스테라이트 구조 CZTS(Se) 박막태양전지의 저조도 출력원리에 관한 연구(Investigation of Low Intensity Light Performances of Kesterite CZTSe, CZTSSe, and CZTS Thin Film Solar Cells for Indoor Applications)”다. 이번 연구에는 아주대와 녹색에너지연구원, 전남대, 그리고 호주 뉴사우스웨일즈대학이 참여했다.
연구팀은 실내 저조도 환경에서도 널리 활용될 수 있는 CZTS(Se) 기반 태양전지의 원리를 최초로 규명했다. CZTS 박막 기반 태양전지는 저비용의 친환경 광흡수 소재로, 기존 고비용 혹은 중금속 기반의 환경유해성 태양전지를 대체할 차세대 태양전지로 주목받아왔다. CZTS 태양전지는 높은 광량을 가지는 실외 태양광 하에서는 우수한 광전변환효율을 나타내는 것으로 잘 알려져 왔으나, 흐린 날 혹은 실내조명 등 저조도 환경에서의 활용 가능성에 대한 연구는 충분하지 않았다.
이에 공동 연구팀은 전략적으로 저조도 환경에서도 널리 활용될 수 있는 CZTSSe 박막을 제작함으로써, 이 박막이 저조도 환경에서도 사물인터넷(IoT) 센서를 구동할 수 있는 수준으로 전력생산이 가능함을 규명했다. CZTSSe 박막 기반 태양전지가 실내 및 실외에서 사용되는 다양한 사물인터넷(IoT) 센서의 구동용 자율전원소자로 활용될 수 있음을 밝혀낸 것.
돼지열병, 구제역 등 가축 질병의 발생을 예방하고 추가 확산을 막기 위해, 더불어 동물 복지 향상을 위해서는 실내외의 다양한 축산환경에서 가축의 건강상태를 실시간으로 진단 및 예측할 수 있는 효율적 모니터링 시스템이 필요하다. 김종현 교수 연구팀은 그동안 글로벌 산학연 연구그룹을 꾸려 가축 헬스 모니터링 시스템 구축을 위한 여러 연구를 함께 진행해왔다. 이에 아주대(김종현 교수)·전남대(김진혁 교수), 전자부품연구원(김진철 박사, 박노창 박사)·녹색에너지연구원(박종성 박사), ㈜대연씨앤아이 그리고 호주 뉴사우스웨일즈대학(University of New South Wales)·퀸즈랜드대학(University of Queensland) 연구진이 공동 연구에 참여해왔다.
공동 연구팀은 가축의 다양한 생활환경과 넓은 생활반경을 고려해 환경에 제약을 받지 않고 전원을 안정적으로 공급할 수 있는 무선형 독립전원시스템을 개발해왔다. 동시에 가축이 착용할 수 있는 센서를 개발, 가축 건강 진단용 자율전원 웨어러블 센서 모듈을 제작해 호주에서 실증 연구에 돌입했다. 농가에서는 센서를 통해 개별 가축의 상태를 확인할 수 있다.
이러한 센서 모듈에 사용되는 무선 자율전원의 핵심은 실내외에서 활용 가능한 태양전지로 공동 연구팀은 앞서 실내외에서 우수한 출력을 내는 페로브스카이트 태양전지를 개발, 저명 학술지 <나노 에너지(Nano Energy)> 2020년 2월호에 발표하기도 했다. 개발된 태양전지의 실질적 응용을 위한 봉지기술에 대해서도 지속적으로 연구를 이어와 관련 성과를 <솔라 에너지 머터리얼즈 앤드 솔라 셀즈(Solar Energy Materials & Solar Cells)> 2018년 12월호에 발표한 바 있다.
김종현 교수는 “그동안의 연구를 기반으로 태양전지 기반 무선자율전원형 웨어러블 센서 모듈을 자체 개발, 호주 브리즈번 소재 가축 농장의 소에 착용시켜 실증 연구를 진행하고 있다”며 “호주 다른 지역의 가축 농가에서 대형 규모 실증 연구에도 돌입할 계획”이라고 설명했다.
공동 연구팀은 호주 대형 축산농가에서 실질적으로 필요로 하는 기술을 이해하고 이를 개발하기 위해 주기적인 자체 연구 교류회를 개최하고 있다. 호주는 가축산업이 발달한 농업 테크놀로지 분야 선진국으로 가축의 건강 진단을 통한 농가 소득 증대에 관심이 매우 높다. 연구팀은 호주 뉴사우스웨일즈 나로민(Narromine)시와 시장 크레이그 데이비스(Craig Davies)의 추가적인 지원을 받아 실증 연구단지의 확장을 계획하고 있다.
김종현 교수는 “연구팀이 웨어러블 가축 건강 진단 모듈의 최종 제품 개발에 성공할 경우, 호주 농축산업계에서의 상용화 가능성이 매우 높다”며 “실증 연구를 통해 나온 빅데이터 분석기술에 현재 계획 중인 AI 기반 분석 기술을 추가로 도입해, 국가별·가축별 질병·건강진단 플랫폼을 구축해갈 계획”이라고 밝혔다.
관련 연구결과들은 산업통상자원부·한국산업기술진흥원 지원 국제공동기술개발사업 (P0006857)과 과학기술정보통신부·한국연구재단 지원 한-오세아니아 협력기반조성사업(NRF-2018K1A3A1A17081404)을 바탕으로 수행되었다.