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화학연, 대면적 페로브스카이트 태양전지 세계 최고 효율 경신 및 상용화 박차

작성자 : 편집부 2024-08-11 | 조회 : 180

- 대면적 페로브스카이트 태양전지 셀 20.6% 국제공인 세계 최고 효율 인증 획득, 중국 보유 19.2% 기록 경신

- 한국화학연구원, ㈜유니테스트 공동 개발 기술로써, 본 기술을 바탕으로 금년 내 양산화 추진 예정

탄소중립녹색성장위원회의 ‘2050 탄소중립 달성과 녹색성장 실현을 위한 국가 기본계획’, ‘2030년 NDC 온실가스 감축 40%’ 및 ‘2050 탄소배출 넷제로(Net-Zero)’ 달성을 위해 탄소중립 관련 기술 개발이 시급한 가운데, 국내 연구진이 중견기업과의 협업을 통해 중국이 보유하고 있던 페로브스카이트 태양전지 대면적 셀 세계 최고 효율을 경신하였다.

한국화학연구원(원장 이영국)과 ㈜유니테스트(대표이사 김종현)는 페로브스카이트 태양전지 대면적 셀(200㎠ 이상) 생산 기술을 공동으로 개발하여, 중국이 보유하던 대면적 셀 부문 세계 최고 효율인 19.2%를 경신한 20.6%의 국제 공인 인증 효율을 달성하였다.

본 기술을 개발한 에너지소재연구센터 연구팀

지난 5월 7일(화), 독일의 국제 공인 인증 기관인 ‘프라운호퍼’로부터 세계 최고 효율을 인증받았으며, 곧 미국재생에너지연구소(NREL*)의 ‘태양전지 최고 효율 차트’에 등재될 예정이다.

* NREL: National Renewable Energy Laboratory, 매 분기별 태양전지 최고 효율을 기록한 연구기관을 발표

인증서(프라운호퍼) * 발행일: 5/7, 2024

5.7(화), 독일의 국제 공인 인증 기관인 ‘프라운호퍼’로부터 받은 세계 최고 효율 인증서, 한국화학연구원과 ㈜유니테스트 공동연구팀이 대면적 셀 부문 세계 최고 효율인 20.6%를 달성하였다.

20.6% 효율의 모듈 성능 지표 그래프

* VOLTAGE: 전압, CURRENT: 전류, POWER: 전력

본 기술을 활용하여 화학연과 ㈜유니테스트는 본격적으로 페로브스카이트 태양전지 상용화를 추진할 예정이다. 특히 페로브스카이트 소재의 잠재력을 활용한 실내·창호용 제품, 기능성 응용 분야 제품 등의 양산을 준비 중이며, 일부 제품은 금년 내로 시장에 출시할 수 있을 것으로 전망된다.

페로브스카이트 태양전지는 기판 위에 용액을 코팅해 비교적 쉽고 저렴하게 대량 생산할 수 있어 차세대 태양전지로 주목받고 있다. 현재 페로브스카이트 태양전지 효율을 높여 상용화하기 위해 한국, 중국, 중동 등의 기술 개발 경쟁이 매우 치열하다.

하지만, 대면적 셀의 이론적 한계 효율은 현실적인 손실 경로를 고려할 경우 대략 27% 수준으로 알려졌는데, 아직까지 20%를 넘는 기술은 없었다. 효율을 높이려면 소재 최적화 및 코팅 균일화, 그리고 레이저 공정 최적화 과정이 필수적인데, 대면적 소자의 다양한 요소를 최적화하는 과정이 쉽지 않기 때문이다.

향후 실리콘 태양전지의 한계를 극복하기 위해 꼭 필요한 페로브스카이트-실리콘 탠덤(다중 접합) 태양전지 개발에서도 고성능 소재 발굴 및 최적화, 대면적 균일 코팅 기술 개발은 필수적이다. 따라서 단일 접합 태양전지 대면적 셀의 고성능화가 결국 탠덤 태양전지 대면적 셀 및 모듈의 성능 향상을 이끌 수 있는 핵심 기술이다.

유니테스트 설비

이러한 가운데, 화학연 페로브스카이트 연구팀이 자체 소재 합성 최적화 및 코팅의 균일화 그리고 레이저 파워를 최적화하여 기존에 중국이 보유하던 19.2%의 대면적 인증 효율을 훨씬 뛰어넘는 20.6%의 공인 인증을 획득하였다.

특히 이번에 개발한 세계 최고 효율의 단일 접합 페로브스카이트 대면적 태양전지 제작기술은 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지의 대면적 공정에 직접 적용이 가능하므로, 이 분야의 조기 상용화를 위해서는 매우 중요한 핵심 기술이다.

화학연은 개발한 대면적 셀을 바탕으로 옥외 실증 테스트를 진행하는 등 기업 상용화에 실질적인 역할을 수행하고 있다.

㈜유니테스트는 본 기술을 토대로 그동안 추진하던 유리 창호형 페로브스카이트 태양전지 사업화와 더불어, 국내 유수의 자동차 생산업체와 함께 개발한 반투명 페로브스카이트 태양전지를 파노라믹 솔라루프에 장착하는 등 페로브스카이트 태양전지 상용화를 본격적으로 추진한다. 특히 금년 내에 실내용 페로브스카이트 태양전지 양산을 목표로 설비를 구축 중이다.

화학연 이영국 원장은 “이번 성과는 페로브스카이트 대면적 셀의 세계 최고 효율화를 이루어 상용화의 기술적 관문 중 매우 중요한 하나를 해결한 큰 성과로써, 본 기술을 바탕으로 태양전지 상용화에 기여하는 좋은 산·연 협력 모델이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구는 화학연 기본사업, 과학기술정보통신부·한국연구재단 단계도약형탄소중립기술개발사업 그리고 산업통상자원부의 신재생에너지핵심기술개발사업의 지원으로 수행되었다.

< 연구자 소개 >

○ 성명: 전 남 중