[성균솔라포럼] 실리콘 섞을까 말까…탠덤 셀과 단일 전지 놓고 석학들도 전망 엇갈려

국내 태양전지 기업, 대부분 탠덤 셀에 집중
중소기업·스타트업, 해외에서는 단일 전지도 시도
박남규 성균관대 교수 “국내 인프라상 탠덤 셀 시도가 적합”

한화솔루션 큐셀부문(한화큐셀)은 지난 5월 충북 진천공장에 1365억원을 투자해 실리콘과 페로브스카이트를 모두 사용하는 '탠덤 셀' 양산을 시도한다고 밝혔다. 사진은 한화큐셀 진천공장 전경./한화큐셀

페로브스카이트 기반의 태양전지 상용화를 이끄는 한화솔루션 큐셀부문(한화큐셀)은 지난 5월 본격적으로 페로브스카이트-실리콘 기반의 탠덤 셀 양산에 나선다고 밝혔다. 탠덤 셀은 기존의 실리콘 전지 위에 차세대 태양광 소재인 페로브스카이트 전지를 쌓는 형태다. 페로브스카이트 층에서는 자외선과 가시광선의 단파장을, 실리콘 층에서는 적외선 같은 장파장 빛을 흡수해 효율을 극대화할 수 있다는 게 전문가들의 설명이다.

현재 탠덤 셀의 최고 효율은 사우디아라비아의 킹 압둘라 과학기술대 연구진이 기록한 33.7%다. 연구자들은 탠덤 셀이 이론적으로 최대 44%까지 효율을 낼 수 있을 거로 전망하고 있다. 실리콘이나 페로브스카이트 단일 전지와 비교하면 1.5배 이상인 셈이다. 이런 수치만 보면 탠덤 셀 방식이 페로브스카이트 단일 전지보다 당연히 유망해 보인다.

그런데 페로브스카이트 태양전지의 세계적 석학인 마이클 그라첼 스위스 로잔공대(EPFL) 교수는 다른 의견을 제시했다. 그는 지난 1일 서울 성균관대 600주년기념관에서 열린 성균솔라포럼에서 “탠덤 셀을 상용화하기 위한 연구가 진행되고 있긴 하지만 실리콘이나 페로브스카이트 단일 전지보다 좋을 수 있을지 모르겠다”며 부정적인 견해를 밝혔다.

그라첼 교수는 탠덤 셀을 ‘결혼’에 비유했다. 국적도 성향도 다른 두 사람이 결혼하면 맞춰가야 할 것들이 많은 것처럼, 세라믹 기반의 실리콘 전지와 유기 물질 기반의 페로브스카이트를 합치면 해결해야 할 문제가 더 많아진다는 것이다. 안정성은 물론 재활용 여부나 최적 설계 등을 결정하기 쉽지 않을 것이라 봤다. 탠덤 셀 효율이 33%를 넘었지만, 안정성까지 함께 고려하면 상용화는 어려울 것이라는 게 그라첼 교수의 생각이었다.

반면 페로브스카이트의 세계적 석학이자 성균솔라포럼의 주최자인 박남규 성균관대 화학공학과 교수는 탠덤 셀의 손을 들어줬다. 박 교수는 “실리콘 전지와 탠덤 셀 생산 기술이 다르긴 하지만, 이미 있는 실리콘 전지의 인프라로 탠덤 셀의 효율을 높이는 것이 더 빠를 것”이라고 말했다. 실리콘 전지의 기존 인프라를 활용해 페로브스카이트 소재의 상용화를 앞당긴 뒤 단일 전지로도 확장할 수 있을 거라는 게 박 교수의 설명이다.

미국 최대 규모의 태양광 회사인 퍼스트 솔라(First Solar)에서 페로브스카이트 단일 전지의 상용화를 시도하고 있다. 박 교수는 “퍼스트 솔라는 2세대 태양 전지인 박막 태양전지의 인프라를 갖추고 있다”며 “페로브스카이트도 비슷한 방식으로 단일 전지 상용화를 시도하는 것”이라고 설명했다. 다만 “상용화하기에는 페로브스카이트 소재의 대량 생산 업체가 없어 기반을 갖추는 데 시간이 걸릴 것”이라고 전망했다.

서지연 부산대 나노에너지공학과 교수도 실리콘 전지의 기반이 잘 꾸려진 국내 인프라에서는 투자나 리스크 측면에서도 기존 기술을 활용해 탠덤 셀로 상용화를 먼저 도전하는 것이 맞는다고 봤다. 페로브스카이트 단일 전지로 상용화를 시도하려면 기반 기술이 많이 필요해 진입 장벽이 높을 수 밖에 없다는 설명이다.

흥미롭게도 페로브스카이트 단일 전지를 연구하는 그라첼 교수와 탠덤 셀 상용화를 목표로 하는 한화 큐셀 모두 2026년을 상용화 시점이라 봤다. 3년 뒤 페로브스카이트를 탑재한 태양전지를 시중에서 만날 수 있을지 주목된다.

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