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신구조합! 태양전지 스쿼드 완성했습니다!😆 페로브스카이트 실리콘 탠덤 ☀️태양 전지 | 요즘과학

MIT 테크놀로지 리뷰가 선정한 10대 미래 기술 중 하나인 초고효율 태양전지가 전 세계적인 주목을 받고 있습니다. 기존 실리콘 태양전지는 약 50년의 역사를 지니며 시장의 95%를 점유해 왔지만, 광전환 효율이 20%대에 머무는 물리적 한계에 봉착해 있었습니다. 이를 극복하기 위해 등장한 것이 바로 페로브스카이트 태양전지입니다. 페로브스카이트는 유연하고 가벼우며 저온 공정이 가능해 경제성이 매우 뛰어난 소재입니다. 최근에는 이 두 기술을 결합하여 효율을 극대화하려는 시도가 이어지고 있으며, 이는 에너지 산업의 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다. 탠덤 태양전지는 서로 다른 에너지 흡수대를 가진 두 개의 태양전지를 층층이 쌓아 올린 하이브리드 형태를 말합니다. 하부에는 장파장 영역인 적색광을 잘 흡수하는 실리콘 셀을 배치하고, 상부에는 단파장 영역인 청색광을 흡수하는 페로브스카이트 셀을 결합하는 방식입니다. 이러한 구조는 기존 단일 셀이 흡수하지 못하던 파장의 빛까지 모두 활용할 수 있게 하여 광에너지 손실을 획기적으로 줄여줍니다. 실험실 단계에서는 이미 34% 이상의 높은 효율을 기록하며, 기존 실리콘 태양전지의 한계를 뛰어넘는 차세대 에너지원의 핵심으로 떠오르고 있습니다. 이 기술의 가장 큰 장점은 동일한 면적에서 기존보다 훨씬 많은 전기를 생산할 수 있다는 점입니다. 이는 산지가 많고 평지가 부족한 우리나라의 지형적 특성에 매우 적합한 요소입니다. 또한 페로브스카이트는 얇고 휘어지는 성질이 있어 건물 외벽이나 창문 등 설치 공간의 제약 없이 어디든 적용이 가능합니다. 이론적으로 탠덤 태양전지는 적층 수를 늘림에 따라 최대 60%까지 효율을 높일 수 있을 것으로 기대됩니다. 실리콘 소재가 페로브스카이트의 취약한 내구성을 보완해 주는 상호보완적 관계를 형성한다는 점도 상용화 가능성을 높이는 핵심 요인입니다. 물론 상용화를 위해 해결해야 할 과제도 남아 있습니다. 페로브스카이트는 수분과 열에 민감하여 실제 야외 환경에서의 내구성을 더욱 강화해야 하며, 일부 재료에 포함된 납과 같은 유해 물질의 처리 문제도 함께 해결해야 합니다. 또한 서로 다른 성질을 가진 두 층 사이의 호환성을 확보하고 효율적인 전하 이동을 돕는 접합 소재를 찾는 기술적 난도가 높습니다. 구조가 복잡한 만큼 한 층만 손상되어도 전체 기능이 저하될 수 있어, 실제 환경에서의 신뢰성과 안정성을 확보하기 위한 지속적인 연구와 정밀한 공정 기술의 향상이 필수적으로 요구되는 시점입니다. 현재 태양전지 시장은 국가 간 기술 경쟁이 매우 치열하게 전개되고 있습니다. 우리나라는 페로브스카이트 박막 기술 분야에서 세계적인 수준을 보유하고 있지만, 최근 사우디아라비아와 중국이 막대한 투자와 지리적 이점을 앞세워 맹추격하고 있습니다. 특히 중국 기업들은 공인 효율 세계 기록을 잇달아 경신하며 시장 주도권을 위협하고 있습니다. 전문가들은 우리가 가진 기존의 연구 기반을 바탕으로 실리콘과 페로브스카이트 기술 간의 긴밀한 협력이 이루어져야 한다고 강조합니다. 기술적 우위를 지키기 위한 집중적인 투자가 이어진다면 한국이 미래 태양전지 분야의 선두 주자로 우뚝 설 수 있을 것입니다.

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[COVID-19_talk_11] Change of Educational Ecology by COVID-19_Jongho Shin Professor | 11강

코로나19 팬데믹은 전 세계 교육 현장에 전례 없는 변화를 몰고 왔습니다. 유네스코와 세계은행의 조사에 따르면, 한때 177개국 약 13억 명의 학생들이 학교 문이 닫히는 '셧다운' 상황을 경험했습니다. 우리나라도 네 차례의 개학 연기 끝에 온라인 개학이라는 대안을 선택하며 교육의 공백을 메우려 노력했습니다. 대면 교육이 불가능해진 상황에서 온라인 교육은 선택이 아닌 필수적인 생존 전략이 되었으며, 이는 교육 생태계 전반의 디지털 전환을 가속화하는 계기가 되었습니다. 온라인 교육이 전면 도입되면서 가장 먼저 수면 위로 떠오른 문제는 교육 격차였습니다. 특히 저소득층 가정의 경우, 온라인 교육을 위한 디지털 기기 보급률이 낮고 안정적인 인터넷 접속 환경을 갖추지 못한 경우가 많았습니다. 또한, 부모의 학습 지원 여부에 따라 학생들의 학습 참여 시간과 질에서 큰 차이가 나타났습니다. 이러한 환경적 요인은 단순히 기술적인 문제를 넘어, 학생들의 학업 성취도 차이로 직결되며 사회경제적 지위가 교육 결과에 미치는 영향력을 더욱 심화시키는 결과를 초래했습니다. 시스템 구축 이후에는 온라인 교육의 질적 측면과 학습 효과성에 대한 고민이 깊어졌습니다. 상위권 학생들은 스스로 학습을 이어갔지만, 중하위권 학생들은 교사나 부모의 밀착 관리가 부재한 상황에서 성적이 하락하는 경향을 보였습니다. 특히 실시간 화상 수업에서 발생하는 '줌 피로감(Zoom Fatigue)'과 사회적 존재감의 결여는 학생들의 학습 동기를 저하시키는 주요 원인이 되었습니다. 화면 너머로 소통하는 한계로 인해 대면 교육이 주던 정서적 교감과 역동적인 상호작용을 대체하기에는 여전히 많은 과제가 남아있습니다. 양질의 교육 콘텐츠 확보 역시 시급한 과제입니다. 초기 온라인 교육은 특정 학년에 편중된 콘텐츠와 교사 개인이 모든 자료를 제작해야 하는 부담으로 인해 질적 저하 우려가 컸습니다. 교사들은 대면 수업보다 몇 배의 시간을 투자하며 콘텐츠 제작에 매달려야 했고, 이는 교수자의 심리적 소진으로 이어지기도 했습니다. 이를 해결하기 위해서는 교사 개인의 역량에만 의존할 것이 아니라, 학교와 교육청, 외부 전문 기관이 협력하여 양질의 콘텐츠 아카이브를 구축하고 이를 공유할 수 있는 체계적인 네트워크가 마련되어야 합니다. 미래의 교육은 물리적 공간의 제약을 넘어서는 새로운 생태계를 조성해야 합니다. 미네르바 대학의 사례처럼 교실이라는 벽을 허물고 온라인과 오프라인을 유연하게 결합하는 모델이 필요합니다. 교사들이 팀을 이루어 역할을 분담하고, 학교 밖의 전문가들이 교육 과정에 참여하는 개방형 교육 체제로 나아가야 합니다. 또한, 2025년 도입될 고교학점제와 연계하여 학생들이 지역적 한계를 벗어나 다양한 양질의 콘텐츠를 선택하고 학점으로 인정받을 수 있는 유연한 학사 운영 시스템의 구축이 요구됩니다. 온라인 교육의 확산은 역설적으로 교육의 본질이 무엇인지 다시 생각하게 합니다. 교육은 단순히 지식을 전달하는 과정을 넘어, 개별 학생의 잠재력과 관심사를 발굴하고 실제적인 문제 해결 역량을 길러주는 것이어야 합니다. 일방적인 전달 시스템에서 벗어나 학생 개개인의 특성에 맞춘 '개별화된 학습 생태계'를 구축하는 것이 핵심입니다. 온라인을 통해 지식을 습득하고, 오프라인에서는 이를 바탕으로 협력하고 창출하는 경험을 제공함으로써, 기술과 인간이 조화를 이루는 진정한 의미의 교육 혁신을 실현해야 합니다. 비대면 환경에서도 학생들의 사회적 관계 형성과 전인적 성장을 돕는 노력은 계속되어야 합니다. 학교는 지식 전달의 장소일 뿐만 아니라 또래 집단과의 상호작용을 통해 사회성을 기르는 공동체이기 때문입니다. 온라인 플랫폼을 수업 외의 동아리 활동이나 학생 자치 활동으로 확장하여 학생들의 공유 경험을 지원해야 합니다. 또한, 예체능 교과에서도 디지털 기술을 활용한 새로운 교수 전략을 개발하여 학생들의 건강과 정서적 안정을 챙겨야 합니다. 위기를 기회로 삼아 모든 학생이 소외되지 않는 포용적인 교육 환경을 만들어가는 것이 우리 시대의 사명입니다.

신종호

카오스재단코로나19 과학토크

생명과학
융합

[강연] 생명체의 탄생 (4) _ 노정혜 교수 | 2017 봄 카오스 강연 '물질에서 생명으로' 1강 | 1강 ④

합성 생물학은 이제 기존 생명체의 유전자를 단순히 복제하거나 편집하는 단계를 넘어, 화학적으로 염기 서열을 직접 설계하고 합성하는 시대로 접어들었습니다. 과거에는 이미 존재하는 DNA를 잘라 붙이거나 증폭하는 방식에 의존했지만, 현재는 저렴한 비용으로 원하는 기능을 가진 '디자이너 유전자'를 직접 만들어낼 수 있습니다. 이러한 기술적 진보는 우리가 생명의 설계도를 직접 그릴 수 있게 되었음을 의미하며, 생명공학의 패러다임을 근본적으로 바꾸는 중요한 전환점이 되고 있습니다. 인간을 구성하는 원소를 완전히 분해했다가 다시 조립했을 때, 그것이 다시 살아 있는 생명체가 될 수 있을지에 대한 질문은 과학계의 오랜 화두입니다. 이론적으로는 가능하다고 믿는 학자들도 있으나, 실제로는 세포라는 복잡한 구조를 원자 단위에서 재현하는 것이 매우 어렵습니다. 양자 역학의 불확정성 원리나 생명체가 가진 고유한 역동성을 고려할 때, 단순히 물질을 모으는 것만으로는 생명의 불꽃을 다시 지피기에 부족할 수 있다는 신중한 견해가 지배적입니다. 인공지능의 발전은 생명의 정의를 기능적 측면에서 다시 생각하게 만듭니다. 복잡계 과학에서는 개별 요소가 모여 전체가 되었을 때, 개별 요소에는 없던 새로운 특성이 나타나는 '창발성'을 강조합니다. 신경망 회로가 극도로 복잡해지면 인간의 의식과 유사한 자의식이 자연스럽게 부상할 수 있다는 가설도 존재합니다. 이는 생명이 반드시 유기물에 국한된 것이 아니라, 고도로 연결된 정보 처리 시스템에서도 나타날 수 있는 현상일지도 모른다는 가능성을 시사하며 우리에게 새로운 질문을 던집니다. 생물학적 관점에서 생명의 핵심은 세포라는 구조적 단위에 있습니다. 세포는 스스로 인지질을 합성하여 막을 키우고 에너지를 생성하며 유전 정보를 보존하는 완결된 시스템입니다. 이러한 구조적 완결성은 인공지능이나 단순한 기계가 생명체로 인정받기 위해 넘어야 할 가장 큰 장벽 중 하나로 작용합니다. 생명이란 단순히 정보의 흐름이 아니라, 물리적인 공간을 점유하고 환경과 상호작용하는 구체적인 실체로서의 성격이 강하기 때문입니다. 물리학자들은 생명을 엔트로피 법칙을 거스르는 존재로 정의하기도 합니다. 무질서로 향하는 자연의 흐름 속에서 스스로 질서를 만들고 유지하며 자기 복제를 수행하는 존재를 생명으로 보는 것입니다. 하지만 이러한 과학적 정의만으로는 인간이 느끼는 '혼'이나 생명의 존엄성 같은 철학적 영역을 모두 설명하기 어렵습니다. 결국 생명이란 무엇인가에 대한 답은 과학적 탐구와 철학적 성찰이 교차하는 지점에서 계속해서 수정되고 보완되어야 할 영원한 과제라고 할 수 있습니다.

노정혜, 신민섭, 홍성욱

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