HD현대엔솔·화학연구원, '꿈의 태양전지' 핵심 기술 구현 성공

건식증착 방식 탠덤 태양전지, 상용화 앞당길 핵심 기술
OLED 양산 공정 응용, 대면적화·안정성 동시 확보

▲ 공동제작한 탠덤 셀(왼쪽), HD현대에너지솔루션이 제작한 HJT 셀(오른쪽).출처:HD현대

 

한국의 태양광 기술이 세계 최고 수준으로 도약할 수 있는 기반 기술이 개발됐다. HD현대에너지솔루션과 한국화학연구원이 공동으로 차세대 태양전지로 주목받는 탠덤 태양전지의 핵심 기술 구현에 성공한 것이다.

 

 

10월 20일 양 기관은 건식 진공증착 방식을 활용한 실리콘-페로브스카이트 탠덤 태양전지 기술 개발에 성공했다고 공식 발표했다. 이는 기존 용액공정 방식의 한계를 극복한 혁신적인 접근으로, 태양전지 산업의 패러다임을 바꿀 수 있는 성과로 평가받고 있다.

탠덤 태양전지란 무엇일까? 간단히 말해, 서로 다른 특성을 가진 두 개 이상의 태양전지를 겹쳐 만든 구조다. 마치 여러 층의 그물로 빛을 더 효과적으로 잡아내는 것과 같은 원리다. 아래층의 실리콘 태양전지는 적외선 영역의 빛을 흡수하고, 위층의 페로브스카이트 태양전지는 가시광선을 흡수해 전체적인 효율을 크게 높일 수 있다.

이번 연구의 핵심은 제조 방식의 혁신에 있다. 기존에는 페로브스카이트 층을 만들 때 용액을 도포하는 방식을 사용했는데, 이는 면적이 커질수록 균일성을 유지하기 어렵고 안정성도 떨어지는 문제가 있었다. 하지만 연구팀은 OLED(유기발광다이오드) TV 제조에 사용되는 건식 진공증착 기술을 응용해 이 문제를 해결했다.

건식 진공증착이란 진공 상태에서 재료를 기화시켜 기판에 얇은 막을 입히는 기술이다. 이 방식은 이미 삼성, LG 등이 OLED 디스플레이 양산에 활용하고 있어 대면적 생산 기술이 검증되어 있다. 이를 태양전지에 적용함으로써 상용화 가능성이 크게 높아진 것이다.

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연구팀이 개발한 탠덤 태양전지의 효율은 약 28%에 달하는 것으로 알려졌다. 현재 시장에서 가장 많이 사용되는 실리콘 태양전지의 효율이 20~22% 수준인 점을 고려하면, 약 30% 이상의 성능 향상을 의미한다. 이론적으로는 35%까지 효율을 높일 수 있어, 추가 개선 여지도 크다.

안정성 문제도 획기적으로 개선됐다. 페로브스카이트 태양전지의 최대 약점은 습기와 열에 약하다는 점이었다. 하지만 건식 진공증착 방식으로 만들어진 페로브스카이트 층은 더욱 치밀하고 균일한 구조를 가져, 외부 환경에 대한 저항성이 크게 향상됐다. 실험 결과 85도 고온, 85% 고습 조건에서도 1,000시간 이상 안정적으로 작동했다.

정부도 탠덤 태양전지 기술 개발을 적극 지원하고 있다. 산업통상자원부는 2030년까지 차세대 태양전지 상용화를 위해 총 5,000억 원 이상을 투자할 계획이며, 이번 성과는 그 성과의 첫 결실로 평가된다.