서지연 연구실의 핵심 연구 주제 중 하나는 페로브스카이트 태양전지의 고효율화와 안정성 향상을 위한 소재·소자 기술이다. 연구실은 금속 할라이드 페로브스카이트의 조성 설계, 박막 형성, 전하수송층 최적화, 계면 제어를 통해 차세대 태양전지의 성능을 높이는 방향에 집중하고 있다. 특히 루비듐 양이온 도입, 신규 p-도판트 개발, 하이브리드 광활성층과 전하수송층 사이의 상호작용 제어 등은 연구실의 대표적인 접근법으로 볼 수 있다. 이 연구는 단순히 광전변환효율을 높이는 데 그치지 않고, 실제 작동 환경에서의 열적·광학적·전기적 안정성을 함께 고려한다는 점에서 의미가 크다. 빛 조사 조건이 박막 형성에 미치는 영향, 계면에서의 광화학 반응, 전압 바이어스와 조명에 따른 소자 열화 메커니즘을 분석함으로써 고성능과 장기 안정성을 동시에 달성하는 설계 원리를 찾고자 한다. 또한 기능성 계면 소재와 광변색성 분자를 활용한 동적 안정화 전략은 기존 정적 보호 방식과 차별화되는 연구 방향이다. 장기적으로 이 연구는 실리콘 기반 태양전지를 보완하거나 대체할 수 있는 저비용·고효율 태양광 기술의 상용화에 기여할 수 있다. 연구실은 소재의 결정화 과정, 박막 미세구조, 계면 전하 이동, 봉지 및 보호 전략을 통합적으로 다루면서 실험실 수준의 효율 향상을 넘어 모듈 수준의 신뢰성 확보까지 연결하고 있다. 이는 차세대 재생에너지 시스템에서 페로브스카이트 태양전지가 실제 산업 기술로 자리 잡는 데 중요한 기반이 된다.

연구실은 에너지 소자의 실제 상용화를 위해 필요한 패키징 소재와 안정성 평가 기술도 중요한 축으로 연구하고 있다. 특히 페로브스카이트 태양전지 모듈을 대상으로 분해방지막, 봉지재, 비파괴 검사, 내구성 평가 장비 개발을 수행하며, 실험실 셀 수준의 성능을 모듈 수준의 신뢰성으로 확장하는 문제를 다룬다. 이는 고효율 소재를 개발하더라도 외부 환경에 취약하면 상용화가 어렵다는 점을 반영한 연구 방향이다. 이 분야에서 연구실은 수분, 산소, 열, 자외선, 전기적 스트레스 등 복합 열화 인자를 고려한 보호 기술을 설계한다. 기능성 표면 텍스처링, 고분자 기반 봉지재, 차단막 구조 설계, 비파괴 진단법 등 다양한 요소기술을 결합하여 모듈의 수명과 신뢰성을 높이는 데 주력하고 있다. 나아가 재료의 물성 변화와 소자 열화의 상관관계를 정량적으로 분석함으로써, 단순 보호재 개발을 넘어 열화 예측과 수명 관리 체계 구축까지 연결하려는 특징이 있다. 이 연구는 재생에너지 소자의 산업화를 가속하는 데 직접적인 파급효과를 가진다. 고효율 태양전지가 실제 설치 환경에서 오랜 기간 안정적으로 작동하려면 패키징과 진단 기술이 필수적이며, 연구실의 접근은 소재 개발, 공정 설계, 신뢰성 평가를 통합한다는 점에서 강점이 있다. 향후에는 대면적 모듈, 유연 소자, 차세대 광전소자에도 적용 가능한 플랫폼 기술로 확장될 가능성이 높다.

서지연 연구실은 태양전지 분야뿐 아니라 연료전지와 탄소자원화(CCU) 기반 화학공정에도 관심을 두고 있다. 특허와 프로젝트 이력을 보면 연료전지용 분리판 제조기술, 기능성 코팅, 공정용 소재 설계뿐 아니라 유동층 건식 메탄 개질 공정의 효율 향상을 위한 연구까지 수행하고 있다. 이는 에너지 변환 소재 연구와 화학공정 시스템 연구를 함께 연결하는 연구실의 융합적 성격을 보여준다. 특히 스마트 CCU 플랜트 연구에서는 모델 기반 예측제어와 데이터 기반 학습을 결합하여 실제 플랜트와 모델 사이의 불일치를 줄이는 접근을 취하고 있다. CFD 기반 공정 해석, 머신러닝 기반 오차 보정, 잔류편차 제거형 MPC 개발 등은 복잡한 반응·유동 현상을 갖는 에너지 공정의 운전 최적화에 매우 중요하다. 이러한 연구는 실험실 규모의 반응기 해석을 넘어 산업 플랜트의 효율, 안정성, 탄소 저감 성능을 동시에 높이기 위한 기반기술로 해석할 수 있다. 이 연구 주제는 궁극적으로 저탄소 에너지 시스템 구축에 기여한다. 메탄 개질과 같은 공정은 수소 생산 및 탄소 활용과 밀접하게 연결되며, 연료전지 부품 기술은 청정 에너지 전환의 핵심 요소이다. 연구실은 소재 개발, 코팅 기술, 공정 모델링, 제어 알고리즘을 통합함으로써 화학공학 기반의 에너지 시스템 혁신을 지향하고 있으며, 이는 실용성과 산업 적용성이 높은 연구 방향이라고 할 수 있다.