3세대 태양전지 페로브스카이트... 태양광 산업계에 지각변동 불러올까

차세대 태양전지 개발이 한창이다. 다결정에서 단결정으로, P타입에서 N타입으로 태양전지 기술개발의 무게추가 옮겨지고 있는 가운데 글로벌 태양광 시장이 3세대 태양전지 개발에도 힘을 쏟고 있다.

최초의 태양전지는 1839년 프랑스의 물리학자 에드몬드 베크렐이 광기전력 효과를 발견하면서 만들어진 광감응 물질로부터 시작됐다. 최초의 태양전지는 1958년 3월에 발사된 뱅가드 1호에 장착됐는데, 여기에 결정형 실리콘계 태양전지가 사용됐다.

이후 태양광 시장은 실리콘 태양전지를 기반으로 성장해왔다. 그러나 1세대 태양전지가 가진 높은 단가라는 단점은 새로운 소재를 활용한 태양전지의 필요성을 불러왔고, 2세대 태양전지 박막형 태양전지가 개발됐다. 이마저도 낮은 효율성이라는 난관에 부딪치며, 상용화에 어려움을 겪었다.

페로브스카이트 활용, 탠덤 셀 개발열기 활발

페로브스카이트는 이러한 태양광 시장에 새로운 바람을 불러오는 존재다. 용액공정으로 쉽게 만들 수 있고, 딱딱하고 무거운 실리콘 태양전지와 달리 가볍고 유연하게 만들 수 있는 형태의 전지다.

영남대학교 화학공학부 박진호 교수는 “고효율, 저가공정 활용 등의 장점에도 불구하고 상용화에 있어 반드시 극복해야 하는 단점도 가지고 있다”며, “이중 가장 시급히 극복해야 하는 특성은 자외선, 산소 및 수분, 그리고 열적 안정성”이라고 말했다.

아직 갈 길이 멀어 보이는 페로스카이트 시장이지만, 개발에 대한 기술력은 국내가 앞섰다. 박 교수는 “기초 및 응용연구의 측면에서 해외와의 개발 격차는 거의 없으며, 한국이 이들보다 약간 앞선 실정”이라며, “다만, 상용화 개발 측면에서는 기업 참여가 아직까지는 다소 미온적이라 해외에서 생겨나고 있는 스타트업 기업들에 비해 한국에서의 개발 움직임은 다소 미진한 상태”라고 설명했다.

이어 “향후 정부의 적극적인 지원과 산학연관 협력을 통해 우리나라에서의 페로브스카이트 태양전지 상용화도 가속화될 것으로 전망된다”고 밝혔다.

국내 기업 중에는 한화큐셀이 페로브스카이트 태양전지 개발에 속도를 내고 있다. 한화큐셀은 지난해 말 한국에너지기술평가원이 주관한 ‘2020년 하반기 신재생에너지 R&D 신규평가’에서 차세대 태양광 셀 기술인 ‘페로브스카이트·결정질 실리콘 태양광 셀’의 국책 과제 연구기관으로 선정됐다.

한화큐셀은 이미 2019년부터 판교에 차세대 태양광 셀 연구센터를 설립해 탠덤 셀의 연구를 진행해왔다. 향후 3년 간 컨소시엄 파트너들과 함께 기초소재의 원천기술을 확보해 상업화에 나서고, 중장기적으로는 국내 태양광 소재산업의 생태계 조성에 기여할 예정이다.

탠덤 셀은 기존 실리콘 태양광 셀 위에 차세대 태양광 소재인 페로브스카이트를 쌓는 형태로 제작, 기존 실리콘 태양광 셀 대비 높은 효율을 얻을 수 있다는 점이 특징이다.

한화큐셀 관계자는 “실리콘 태양광 셀의 이론 효율한계가 29% 수준인 것에 비해 탠덤 셀의 최대 효율은 44%”라며, “2023년 상용화를 목표로 텐덤 셀 연구를 추진 중이며, 올해부터 관련 전문인력도 꾸준히 영입할 예정”이라고 말했다.