차세대 태양전지 ‘탠덤셀’ 세계 최초 상용화 초읽기…국내 태양광 부흥 ‘햇빛’ 전망 [비즈360]

정부 ‘초혁신경제 15대 선도 프로젝트’ 선정, 2028년 목표
기존 패널比 발전 효율 높은 태양전지
이미 수년 내 상용화 가능한 혁신 기술
韓은 한화큐셀 등이 상용화 바짝 다가서
기술검증·양산체계 전환 속도가 관건

지난 4월 23일 대구 북구 엑스코에서 열린 제22회 국제그린에너지엑스포에 전시된 태양광 모듈 부스. [뉴시스]

[헤럴드경제=고은결 기자] 정부가 차세대 태양광 기술로 꼽히는 ‘탠덤 태양전지(탠덤셀)’를 전략적으로 육성하겠다고 밝히면서, 글로벌 경쟁이 본격화된 탠덤셀 시장에서 한국이 우위를 확보할 수 있을지 관심이 높아진다. 현재 태양광 시장은 기존 실리콘 태양전지 효율이 한계에 도달한 가운데 중국의 시장 과점이 고착됐는데, 고효율 탠덤 기술이 우리나라 등 주요국의 태양광 산업 복원과 생태계 전환의 ‘키’가 될 것으로 예상된다.

정부는 지난 26일 ‘초혁신경제 15대 선도 프로젝트’ 세 번째 추진계획 발표에서 차세대 태양광을 6대 중점 과제 중 하나로 선정하고, 2028년까지 초고효율 탠덤셀 모듈을 세계 최초 상용화하겠다는 목표를 제시했다. 2030년에는 셀 효율 35%, 모듈 효율 28% 달성을 목표로 하며, 내년 관련 연구개발(R&D) 예산 336억원을 배정했다.

탠덤셀이란 현재 태양광에 쓰이는 실리콘 셀 위에 페로브스카이트 셀을 쌓은 제품이다. 서로 다른 영역대의 빛을 흡수하는 두 종류 이상의 태양전지를 적층한 구조로, 단일 실리콘 셀의 이론 한계(약 29%)를 넘으며 기존 패널보다 발전 효율이 최대 약 50% 높은 초고효율 태양전지로 평가된다. 단위면적당 발전량을 크게 늘릴 수 있어 건물 외벽·지붕 등 설치 제약이 큰 환경에서도 유리하다. 특히 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지 인증 효율(34.85%)이 이미 기존 단일접합 태양전지 이론 한계효율을 크게 넘은 것을 감안하면, 탠덤 태양전지는 장기 미래기술이 아닌 수년 내 상용화가 가능한 가시적 혁신 기술이란 평가다.

한국과학기술기획평가원의 보고서에 따르면 태양광 시장 내 고효율 모듈 수요 증가에 따라, 탠덤 태양전지는 2027년부터 본격적으로 상용화될 전망이며, 2030년 전후에는 수십 기가와트(GW) 규모의 설치용량을 달성하며 유의미한 시장 점유율을 확보할 전망이다. 또한, 2035년에는 탠덤 태양광 모듈의 가격이 단일 접합 실리콘 태양광 모듈 수준으로 수렴할 것으로 관측된다.

김성환 환경부 장관이 지난 9월 11일 경기 성남시 한화미래기술연구소를 방문해 태양광 패널을 살펴보고 있다. 2025.9.11 [환경부 제공]

각국 개발 현황을 보면 중국은 글로벌 생산 인프라 및 공급망을 갖춘 실리콘 태양광 대기업부터 기술 기반 스타트업까지 탠덤 태양전지 상용화를 경쟁적으로 추진하고 있다. 롱지(LONGi)는 지난해 6월 처음으로 상용급 면적(M6)에서 30%가 넘는 효율을, 트리나솔라는 M12 하프컷 사이즈에서 31%대 효율을 각각 기록했다. GCL은 2050㎠ 대면적 모듈에서 27%대 효율을 달성하는 등 양산형 시제품 경쟁이 빠르게 진행되고 있다.

유럽연합(EU)과 미국은 페로브스카이트 전문 스타트업을 중심으로 기술개발을 확대하고 있으며, 기업과 연구기관, 측정·검증 기관 등 간 연계·협력이 활발한 편이다. 영국 옥스퍼드PV(Oxford PV)는 1.7㎡급 탠덤 모듈에서 26.9% 효율을 구현했고, 독일 연구기관들도 대면적 탠덤 모듈의 신뢰성 검증에 속도를 내고 있다. 미국과 일본 역시 소·중면적 고효율 셀과 건물·차량일체형 등 응용 시장 중심 개발이 이뤄지고 있다.

국내에서는 한화솔루션 큐셀부문(한화큐셀)이 지난해 말 상용 M10 규격 페로브스카이트-실리콘 탠덤셀에서 28.6% 효율을 달성했다. 한화큐셀은 2010년대 후반부터 관련 개발을 시작, 2023년에는 충북 진천 공장에 양산을 위한 파일럿 설비를 마련했다. 올해 5월에는 자체 개발한 탠덤셀이 장착된 모듈이 국제전기기술위원회(IEC)와 미국 안전시험기관(UL)의 신뢰성 인증을 획득했다. HD현대에너지솔루션도 산·학·연 협력으로 헤테로접합(HJT) 기반 탠덤셀 개발 연구에 참여하고 있다. 한국은 실리콘 태양광 생산능력과 페로브스카이트 원천기술을 동시에 보유해, 상용 기술 확보 시 글로벌 경쟁력 확보가 가능하다는 평가가 나온다.

다만 탠덤셀은 아직 대면적 공정, 장기 신뢰성, 측정·인증 표준 등 풀어야 할 과제가 많다. 중국은 이미 수백메가와트(MW)급 파일럿 라인을 돌리며 양산 전환을 준비하고 있고, 유럽·미국은 대형 연구개발 프로그램과 혁신펀드를 통해 스타트업·연구기관·측정기관을 아우르는 생태계 구축을 서두르고 있다. 한국도 선도국으로 자리매김하려면 기술 검증과 양산체제 전환을 얼마나 빠르게 나서느냐가 관건이 될 전망이다. 한 기업 관계자는 “아직은 어느 국가에서 텐덤셀 주도권을 확실히 잡지 않은 상황”이라며 “정부 발표에 따라 국내 산학계의 연구개발에 속도가 붙길 기대한다”고 말했다.