중국 주도 태양전지 시장에 도전장···'빛 두 번 잡는' 기술로 추격

화학연, 실리콘·페로브스카이트 태양전지 기술, 엘케이켐에 이전

[이데일리 강민구 기자] 한국화학연구원 연구진이 자체 개발한 페로브스카이트 탠덤용 소재 기술을 국내 기업에 이전한다. 이를 통해 중국이 주도해 온 차세대 태양전지 소재 시장에서 국산 기술의 경쟁력을 입증하고, 탠덤 태양전지 공급망의 핵심 거점을 국내에 마련할 가능성을 제시했다.

한국화학연구원은 엘케이켐과 13일 ‘고효율 실리콘-페로브스카이트 탠덤 태양전지용 소재 조성 및 제조’ 기술이전 계약을 체결했다.

(왼쪽 다섯 번째부터)이창엽 엘케이켐 대표, 전남중 화학연 광에너지연구센터장, 신석민 화학연 원장이 기념촬영을 하고 있다.(사진=한국화학연구원)

최근 가장 주목받는 태양전지 기술이 바로 ‘탠덤(Tandem, 적층형) 구조’이다. 지금 보급된 실리콘 태양전지는 태양광 스펙트럼 중 일부 파장대만 흡수해 전기로 바꾸기 때문에, 단일 소재로는 효율을 높이는 데 물리적인 한계가 있다. 탠덤 태양전지는 서로 다른 두 가지 소재를 쌓아 한 번 걸러진 빛을 또 한 번 흡수하도록 만든 구조로 한계를 극복했다.

이전한 기술은 실리콘 태양전지 위에 페로브스카이트 박막을 얹는 탠덤 구조의 소재 합성과 안정성 향상에 대한 기술이다. 페로브스카이트 태양전지는 비교적 낮은 온도에서 손쉽게 결정을 형성하고, 빛을 흡수하는 파장대를 자유롭게 설계할 수 있지만, 빛, 습기, 열 같은 요인으로 인해 장기간 안정적인 작동이 어려워 상용화에 시간이 걸리고 있었다.

화학연 연구팀은 합성 단계부터 새로 접근했다. 친환경 용매를 활용하고 다양한 페로브스카이트 전구물질 조성을 이용해 균일한 페로브스카이트 결정을 형성하는 합성법을 개발했다. 그 결과 빛, 수분, 열에 노출되어도 결정 구조가 쉽게 변하지 않는 고안정성 조성을 확보했다.

실리콘-페로브스카이트 탠덤 태양전지.(자료=한국화학연구원)

특히 실리콘 태양전지와 짝을 이루는 탠덤 구조에 최적화된 밴드갭을 가지면서도, 빛에 오래 노출돼도 성분이 갈라지는 ‘상분리’ 현상이 억제되는 조성을 구현했다. 그 결과, 태양광 아래에서도 성능이 오래 유지되는 광·안정성을 갖추게 됐다.

해당 기술을 이전받은 엘케이켐은 완제품 태양전지의 성능을 좌우하는 핵심 소재를 개발·생산하는 기업이다. 태양전지의 원재료 소재는 효율과 수명을 결정하는 출발점으로, 우수한 소재가 뒷받침되지 않으면 고효율 탠덤 태양전지도 완성될 수 없다.

이번 기술이전을 계기로 실리콘-페로브스카이트 탠덤 태양전지용 핵심 소재의 양산 체계 구축에 본격화할 계획이다.

신석민 화학연 원장은 “화학연이 보유한 페로브스카이트 태양전지 기술이 엘케이켐을 통해 산업 현장으로 이어지게 되어 뜻깊다”며 “화학연은 기업의 성장과 국가 산업 경쟁력 강화를 위해 힘쓰겠다”고 전했다.

이창엽 엘케이켐 대표는 “이번 기술을 바탕으로 탠덤 태양전지 상용화에 속도를 내고, 차세대 태양광 시장에서 국내 기술의 경쟁력을 입증해 나가겠다”고 밝혔다.