한화큐셀, 대학·중기 손잡고 태양광 효율 난제 푼다

한화솔루션의 태양광 사업부문을 맡는 한화큐셀이 '꿈의 태양광' 소재 개발을 위해 중소기업과 대학 등과 손을 맞잡는다. 이르면 3년 안에 지금보다 에너지 효율을 배 가까이 높인 '탠덤 셀' 상용화에 나서 글로벌 태양광 선두기업으로서 경쟁력을 확고히 할 계획이다.

텐덤 셀 활용시 태양광 이론상 효율 한계 44%로 1.5배 '껑충'

15일 한화큐셀은 지난주 한국에너지기술평가원이 주관한 '2020년 하반기 신재생에너지 연구개발(R&D) 신규평가'에서 차세대 태양광 셀 기술인 '페로브스카이트·결정질 실리콘 태양광 셀(이하 탠덤 셀)'의 국책과제 연구기관으로 선정됐다고 밝혔다.

탠덤 셀이란 기존 실리콘 태양광 셀 위에 차세대 태양광 소재 '페로브스카이트(PSC)'를 쌓은 것이다. 탠덤 셀은 에너지 효율성 측면에서 혁명적이라는 평가를 받고 있다. 실리콘 재료 기반으로 만들어진 실리콘 셀은 친환경 에너지를 구현하지만 20%대에 불과한 낮은 효율성이 반드시 넘어야 할 숙제로 지적받아 왔다. 실리콘 태양광 셀의 이론상 효율성 한계는 29% 수준이다.

반면 탠덤 셀의 최대 효율은 44%까지 높아질 수 있다. 상부 페로브스카이트 부분에서 단파장 빛을 흡수하고, 하부 실리콘 태양광 셀에서 장파장 빛을 추가로 흡수하면 기존 실리콘 셀 제품보다 월등히 높은 효율이 가능해진다.

이처럼 효율이 높아지면 생산하는 전력당 셀 투입 원가를 낮출 수 있어 훨씬 경제적이고, 모듈 설치 면적도 한결 줄일 수 있다.

업계에선 화력발전의 에너지 효율을 45~50%로 보는데 이와 비교해도 탠덤 셀 태양광발전의 효율이 뒤지지 않는다고 본다. 한국은 2030년까지 재생에너지 비중을 전체 에너지의 20%로 확대한다는 계획이어서 이를 달성하려면 고효율 태양광 탠덤 셀 개발이 중요하다.

탠덤 셀 개발은 '태양광 꿈의 소재'로 불리는 PSC 셀 개발 목표에도 더 가깝게 다가갈 수 있다. PSC 셀은 실리콘 셀 없이 PSC만으로 이뤄진 것으로 실리콘 셀 대비 가격은 30% 수준으로 저렴해진다. 특성상 더 얇고 유연하기 때문에 스마트폰이나 자동차 등 다양한 분야에 적용할 수 있다. 다만 PSC는 외부충격이나 수분에 민감해 아직 풀어야 할 난제가 많다는 지적이 나온다.


현재 국내는 물론 전 세계적으로 PSC 셀과 탠덤 셀을 상용화시킨 업체는 한 곳도 없다. 한화큐셀은 2019년부터 판교에 연구센터를 설립하고 이 같은 차세대 태양광 셀 연구에 매진해왔다.

한국에너지기술평가원 관계자는 "실리콘 셀은 중국이 저가 공세로 밀어붙이고 있다"며 "한화큐셀 같은 기술경쟁력을 갖춘 기업이 산학연으로 탠덤 셀 같은 분야에서 성과를 내준다면 기술 초격차가 가능하다"고 밝혔다.

탠덤 셀 개념도/그림=한화큐셀

한화큐셀, 대학·중기와 손잡고 태양광 소재 생태계 강화

이를 위해 한화큐셀은 대규모 태양광 전문기업들과 협력한다. 이번 국책과제 컨소시엄에도 한화큐셀 외에 성균관대와 고려대, 숙명여대, 충남대 연구진은 물론 원자층 박막증착(ALD) 장비업체 엔씨디, 유기발광다이오드(OLED) 증착장비 업체 야스, 전자부품재료 업체 대주전자재료 등이 총출동 했다.

한화큐셀은 향후 3년간 컨소시엄 파트너들과 함께 기초소재 원천기술을 확보해 상업화에 나서, 중장기적으로 태양광 소재 산업 생태계 조성에도 기여한다.

산업통상자원부는 지난 9월 '태양광 R&D 혁신전략'을 통해 2030년까지 태양전지 효율 35% 달성을 목표로 내세운 만큼 정부도 이 분야를 집중 지원할 방침이다.

한화큐셀은 실리콘 태양광 제품 분야에서 2011년 태양광 셀 효율 1위를 달성했고, 다결정 실리콘 태양광 모듈에서도 효율성 1위다.

김희철 한화큐셀 사장은 "한화큐셀이 미국, 독일, 일본 등 주요 태양광 모듈 시장에서 시장 1위를 달성한 배경은 꾸준한 연구 개발을 통해 쌓은 기술력"이라며 "차세대 태양광 분야에서 선도적 기술을 확보해 글로벌 태양광 시장에서 경쟁력을 높일 것"이라고 밝혔다.