한국, 중국 제치고 '대면적 페로브스카이트 태양전지' 세계 최고 효율 경신

한국화학연구원-유니테스트

유니테스트에 설치된 대면적 페로브스카이트 상용화 생산 설비. 한국화학연구원 제공

국내 연구진이 중국 기록을 깨고 대면적 페로브스카이트 태양전지 세계 효율을 경신했다. 정부출연연구기관(출연연)과 산업계가 손을 맞잡아 달성한 성과다. 기존 실험실 수준에서 최고 수준의 기술력을 자랑하던 한국이 산업용 페로브스카이트 태양전지 분야에서 다시  존재감을 드러냈다는 평가가 나온다. 

한국화학연구원과 유니테스트는 200cm2 이상 대면적 페로브스카이트 태양전지 생산 기술을 공동 개발하고 중국이 보유하던 대면적 셀 부문 세계 최고 효율인 19.2%를 경신한 20.6%의 국제 공인 인증 효율을 달성했다고 21일 밝혔다. 

연구팀이 이번에 달성한 효율은 7일 독일의 국제 공인 인증 기관인 ‘프라운호퍼’로부터 세계 최고 효율을 인증받았다. 미국재생에너지연구소(NREL)의 ‘태양전지 최고효율 차트’에도 곧 등재될 예정이다. 화학연과 유니테스트는 이번 기술을 활용해 본격적으로 페로브스카이트 태양전지 상용화를 추진한다.

● 상용화 위한 대면적화 핵심 기술 확보

페로브스카이트 태양전지는 기판 위에 용액을 코팅해 비교적 쉽고 저렴하게 대량생산할 수 있어 차세대 태양전지로 주목받는다. 기술이 성숙하고 상용화가 임박한 것으로 여겨지는 가운데 한국, 중국, 중동 등의 기술 개발 경쟁이 매우 치열하다.

페로브스카이트 태양전지의 한계 효율은 27% 수준이지만 그간 상용화를 위한 대면적 셀의 효율은 20%를 넘지 못했다. 효율을 높이기 위해선 소재 최적화, 코팅 균일화, 레이저 공정 최적화 과정이 필수적인데 대면적 소자의 다양한 요소를 최적화하는 과정이 쉽지 않기 때문이다. 이 기술은 태양전지 분야에서 최근 대두되는 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지 개발의 중요한 과제이기도 하다. 단일 접합 태양전지 대면적 셀의 고성능화가 결국 탠덤 태양전지 대면적 셀과 모듈의 성능 향상으로 이어진다는 설명이다. 

이번에 최고 효율을 달성한 연구팀은 자체 소재의 합성 최적화를 이루고 코팅의 균일화 그리고 레이저 파워를 최적화해 기존 중국이 보유하던 19.2%의 대면적 인증 효율을 뛰어넘는 20.6%의 공인 인증을 획득하는 데 성공했다.

또 이번에 개발한 세계 최고 효율의 단일접합 페로브스카이트 대면적 태양전지 제작기술은 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지의 대면적 공정에 직접 적용이 가능하다. 화학연 관계자는 “이 분야의 조기 상용화를 위해서는 매우 중요한 핵심 기술”이라고 강조했다.

● 전자가격표시기 등 연내 상용화 예정

이영국 화학연 원장은 “이번 성과는 페로브스카이트 대면적 셀의 세계 최고 효율화를 이뤄 상용화의 기술적 관문 중 매우 중요한 하나를 해결한 큰 성과”라며 “본 기술을 바탕으로 태양전지 상용화에 기여하는 좋은 산·연 협력 모델이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다. 

대면적 페로브스카이트 태양전지 세계 최고 효율을 경신한 한국화학연구원 연구팀. 화학연 제공

[박정연 기자 hesse@donga.com]