"마의 20% 넘었다"...세계 최고 中 뛰어넘은 韓 차세대 태양전지

화학연-유니테스트, 페로브스카이트 태양전지 대면적 셀 최고 효율 인증

페로브스카이트 태양전지 생산 제조 설비/사진=화학연

국내 연구진이 중견기업과 공동으로 개발한 '페로브스카이트 태양전지 대면적 셀(200㎠ 이상)'이 기존 중국 제품의 세계 최고 효율 기록을 경신했다.

한국화학연구원은 유니테스트와 함께 개발한 페로브스카이트 태양전지 대면적 셀이 국제 공인인증기관 프라운포허로부터 세계 최고 효율을 인증받았다고 21일 밝혔다.

이번에 인증받은 화학연과 유니테크트의 대면적 셀은 20.6%의 효율을 기록했다. 이는 세계 최고 수준으로 종전 중국 제품이 기록한 최고 효율 19.2%보다 1.4%포인트 높은 수치다.

이번 성과로 화학연은 조만간 미국재생에너지연구소(NREL· National Renewable Energy Laboratory)의 '태양전지 최고효율 차트'에 등재될 예정이다. 미국재생에너지연구소는 매 분기별 태양전지 최고 효율을 기록한 연구기관을 발표하고 있다.

이번 기술을 활용해 화학연과 유니테스트는 본격적으로 페로브스카이트 태양전지 상용화를 추진할 예정이다. 특히 페로브스카이트 소재의 잠재력을 활용한 실내·창호용 제품, 기능성 응용 분야 제품 등의 양산을 준비 중이며, 일부 제품은 연내 시장에 출시할 수 있을 것으로 전망된다.

페로브스카이트 태양전지는 기판 위에 용액을 코팅해 비교적 쉽고 저렴하게 대량생산할 수 있어 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 현재 페로브스카이트 태양전지 효율을 높여 상용화하기 위해 한국, 중국, 중동 등의 기술 개발 경쟁이 매우 치열하다.

하지만 대면적 셀의 이론적 한계 효율은 현실적인 손실 경로를 고려할 경우 대략 27% 수준으로 알려졌는데, 아직까지 20%를 넘는 기술은 없었다. 효율을 높이려면 소재 최적화, 코팅 균일화, 레이저 공정 최적화 과정이 필수적인데, 대면적 소자의 다양한 요소를 최적화하는 과정이 쉽지 않기 때문이다.

향후 실리콘 태양전지의 한계를 극복하기 위해 꼭 필요한 페로브스카이트-실리콘 탠덤(다중 접합) 태양전지 개발에서도 고성능 소재 발굴 및 최적화, 대면적 균일 코팅 기술 개발은 필수적이다. 따라서 단일 접합 태양전지 대면적 셀의 고성능화가 결국 탠덤 태양전지 대면적 셀 및 모듈의 성능 향상을 이끌 수 있는 핵심 기술이다.

화학연 페로브스카이트 연구팀/사진=화학연

특히, 이번에 개발한 세계 최고 효율의 단일접합 페로브스카이트 대면적 태양전지 제작기술은 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지의 대면적 공정에 직접 적용이 가능해 이 분야의 조기 상용화를 이끌 것으로 기대된다. 화학연 측은 "개발한 대면적 셀을 바탕으로 옥외 실증 테스트를 진행하는 등 기업 상용화에 실질적인 역할을 수행하고 있다"고 말했다.

유니테스트는 이번 기술을 토대로 그동안 추진하던 유리창호형 페로브스카이트 태양전지 사업화에 속도를 낼 계획이다. 아울러 국내 유수의 자동차 생산업체와 함께 개발한 반투명 페로브스카이트 태양전지를 파노라믹 솔라루프에 장착하는 등 다양한 분야에 관련 기술을 접목할 예정이다. 올해 안에 실내용 페로브스카이트 태양전지 양산을 목표로 관련 설비도 구축 중이다.

이영국 화학연 원장은 "이번 성과는 페로브스카이트 대면적 셀의 세계 최고 효율화를 이뤄 상용화의 기술적 관문 중 매우 중요한 하나를 해결한 큰 성과"라며 "이번 기술을 바탕으로 태양전지 상용화에 기여하는 좋은 산·연 협력 모델이 될 것"이라고 말했다.

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류준영 기자 joon@mt.co.kr