[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 효율 한계에 다다른 실리콘 태양전지에 돌파구가 생겼다. 페로브스카이트 태양전지를 더해 효율을 높이는 ‘탠덤(Tandem)’ 기술이다. 국내 최초로 탠덤 태양전지에 도전한 연구진이 21.19% 효율을 달성해 주목받고 있다.

UNIST(울산과학기술원·총장 정무영) 신소재공학부 최경진·송명훈 교수 공동연구팀은 신성이엔지(사장 김동섭)와 함께 ‘일체형 페로브스카이트/실리콘 탠덤 태양전지(Monolithic perovskite/silicon tandem solar cells)’를 개발했다고 1일 밝혔다. 기존 실리콘 태양전지 공정을 그대로 활용하면서 효율을 높일 수 있어 상용화에 대한 기대도 높다.

연구결과는 에너지 분야에서 세계 최고 수준의 과학저널인 ‘나노 에너지(Nano Energy)’ 온라인판에 지난달 19일 발표됐다.

UNIST와 신성이엔지가 개발한 페로브스카이트 실리콘 탠덤 태양전지의 모습 [사진=UNIST]

연구진에 따르면 현재 태양광 산업 대부분을 차지하는 실리콘 태양전지 기술은 효율을 높이거나 제조비용을 낮추는 부분에서 모두 한계에 도달했다. 실리콘 태양전지의 효율은 이론적 최대효율인 29%에 육박하는 26.6%에 이르렀고, 태양전지 단가는 1와트(W) 당 0.16달러(PERC 태양전지) 이하로 떨어졌다.

향후 국내 태양광 기업이 생존하려면 태양전지 효율을 혁신적으로 높여야 한다는 지적이다.

이 가운데 ‘페로브스카이트·실리콘 탠덤 태양전지’는 현재 실리콘 태양전지의 기술적 한계를 우회적으로 극복하면서 효율과 단가 문제를 해결할 가장 유력한 방법으로 꼽힌다. 기존 실리콘 태양전지 생산공정을 그대로 쓰면서 페로브스카이트 태양전지의 장점을 더해 저비용·고효율 태양전지를 제작할 수 있기 때문이다.

기존에도 갈륨(Gs)과 비소(As) 등을 활용한 반도체로 탠덤 태양전지를 만든 적이 있다. 하지만 비싼 재료와 공정 장비를 사용해 상용화하기 어려웠다.

이번 연구에서는 현재 태양전지 시장의 주류를 차지하며 제조 단가가 가장 낮은 실리콘 태양전지(p-Si Al-BSF Solar Cell)를 아랫부분에 활용했다. 윗부분에는 고효율 페로브스카이트 태양전지를 쌓았는데, 광학 계산 설계로 최적 효율을 얻는 구조로 만들었다. 그 결과 개발된 저비용·고효율 탠덤 태양전지의 효율은 21.19% 효율로 동일 탠덤 구조에서 세계 최고 기록을 확보했다.

최경진 교수는 “태양광 산업에서도 핵심 원천 기술을 확보해 국제적 경쟁력을 갖춰야 살아남을 수 있다”며 “국내 최초로 페로브스카이트/실리콘 탠덤 태양전지에 도전해 저비용·고효율을 달성한 이번 연구가 국내 태양광 산업 성장에 이바지할 수 있을 것”이라고 전망했다.

kimys@newspim.com