화학연-엘케이켐, 차세대 탠덤 태양전지 핵심 소재 양산

한국화학연구원(이하 화학연)이 개발한 차세대 탠덤 태양전지 핵심 소재 기술이 ㈜엘케이켐으로 이전되며 상용화에 속도를 낸다.

화학연은 13일 본원에서 ㈜엘케이켐과 고효율 실리콘-페로브스카이트 탠덤 태양전지용 소재 조성 및 제조 기술이전 및 소재 국산화·양산기술 공동개발을 위한 업무협약을 체결했다.

이전한 기술은 실리콘 태양전지 위에 페로브스카이트 박막을 쌓는 탠덤 태양전지의 핵심 소재 기술이다.

탠덤 구조는 두 종류의 태양전지를 층층이 쌓아 각각 다른 파장의 빛을 흡수하는 구조다.

위쪽의 페로브스카이트가 먼저 짧은 파장의 빛을 전기로 바꾸고, 아래쪽 실리콘이 통과한 빛을 다시 흡수해 발전한다.

이는 한 번 사용한 빛을 다시 활용하기 때문에 기존 실리콘 태양전지보다 높은 발전 효율을 구현할 수 있다.

현재 상용 실리콘 태양전지는 태양광의 일부 파장만 효율적으로 흡수해 단일 소재만으로는 효율을 높이는 데 물리적 한계가 있다.

탠덤 태양전지는 이를 극복할 차세대 기술이지만, 핵심 소재인 페로브스카이트의 안정성 문제가 상용화의 걸림돌이 됐다.

페로브스카이트는 낮은 온도에서도 쉽게 결정이 형성되고 빛을 흡수하는 영역을 자유롭게 설계할 수 있다.

반면 빛과 습기, 열에 오래 노출되면 결정 구조가 변하고 성능이 떨어지는 문제가 있다.

이에 화학연 연구팀은 합성 공정부터 새롭게 설계해 이 문제를 해결했다.

연구팀은 친환경 용매와 다양한 페로브스카이트 전구물질 조성을 활용해 균일한 결정을 만드는 합성법을 개발했다.

이를 통해 빛과 수분, 열에 노출돼도 결정 구조가 쉽게 변하지 않는 고안정성 소재를 확보했다.

연구팀은 실리콘 태양전지와 함께 사용할 수 있는 최적의 밴드갭도 구현했다.

밴드갭은 물질이 어떤 에너지의 빛을 흡수할 수 있는지를 결정하는 값으로, 탠덤 태양전지에서는 두 소재가 서로 다른 파장의 빛을 효율적으로 나눠 흡수하도록 맞추는 것이 중요하다.

연구팀은 빛을 오래 받을 때 나타나는 상분리 현상을 억제, 성능을 오래 유지하는 광안정성을 확보함으로써 상용화 가능성을 높였다.

양 기관은 이번 협력을 계기로 탠덤 태양전지용 핵심 소재의 양산 체계를 구축하고 국내외 태양전지 모듈 제조사와 협력을 확대해 상용화를 추진한다.

상용화 과정에서 발생하는 기술적 문제를 공동으로 해결, 소재 국산화와 공급망 구축도 함께 추진한다.

이창엽 ㈜엘케이켐 대표는 “이번 기술을 바탕으로 탠덤 태양전지 상용화에 속도를 높이고, 차세대 태양광 시장에서 기술 경쟁력을 입증하겠다”고 말했다.

신석민 화학연 원장은 “페로브스카이트 태양전지 기술이 실제 산업 현장으로 이어져 국가산업 경쟁력를 높이도록 후속 연구개발을 지속하겠다”고 강조했다.

이재형 기자 jh@kukinews.com