"기존 태양전지 기술이 효율 한계치 가까이 도달한 상황이라 새로운 기술을 개발하고 있다. 글로벌 주요 시장에서 점유율 1위를 기록하고 있으나 앞으로도 점유율 확대를 하기 위해서 끊임없이 새로운 기술이 필요하다."

김기홍 한화큐셀 신재생에너지연구센터 차세대 태양전지 개발팀장은 9일 서울 중구 대한상공회의소 국제회의장에서 열린 '제13회 착한 성장, 좋은 일자리 글로벌포럼(2021 GGGF)'에서 지속적인 기술 개발에 대한 중요성을 강조했다.

이날 '태양전지 효율 한계 돌파-초고효율 탠덤 태양전지 개발'을 주제로 강연에 나선 김 팀장은 현재 주류 태양광 발전 방식인 결정질 실리콘 기술과 그 효율 한계를 뛰어넘는 방안을 설명했다.

태양광 발전은 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변경하는 방식으로, 통상 태양전지(Solar Cell)와 모듈, 시스템으로 구성된다. 이 중 태양전지는 직접 태양광을 흡수하는 가장 중요한 역할을 맡고 있다. 현재 상용화 태양전지의 95%는 결정질 실리콘을 원료로 만들어 진다.

김 팀장은 이 같은 결정질 실리콘 태양전지가 부단한 기술 개발에도 불구하고 이론적 효율한계가 29.1%로 추정된다고 밝혔다. 제품으로 구현할 수 있는 효율한계도 24~25.5%로 예상된다는 설명이다. 현재 태양전지가 23~24% 이상 효율을 내고 있어 조만간 효율 한계치에 도달해 개선이 어려운 상황에 처할 것으로 내다봤다.

그는 "다른 방식으로 효율을 높일 수 있는 방안도 검토하고 있지만 궁극적으로는 결정질 실리콘 태양전지의 효율한계를 뛰어넘는 초고효율 탠덤 태양전지를 개발하고 있다"며 "이 태양전지는 두 가지 다른 태양전지가 한 태양전지로 결합한 것으로 보시면 된다"고 말했다.

김 팀장에 따르면 탠덤 태양전지는 '페로브스카이트(perovskite) 태양전지'와 결정질 실리콘 태양전지가 결합되는 구조다. 페로브스카이트 태양전지는 태양광의 단파장(가시광선)을 흡수하고 결정실 실리콘 태양전지는 적외선 영역의 빛을 흡수한다. 동일한 면적에 두 가지 방식을 모두 적용한 태양전지를 활용해 동시에 다른 파장의 태양광을 흡수시켜 효율을 극대화하는 체계다.

페로브스카이트는 1839년 러시아 우랄산맥에서 발견된 새로운 광물로, 19세기 러시아 광물학자인 레프 페로브스키의 이름을 따서 명명됐다. 이 광물은 희귀하지 않아 저비용으로 활용할 수 있고, 흡광계수가 높은 등 태양광 발전에 유리한 특성을 가지고 있다.

특히 페로브스카이트는 국내에서 연구·개발을 선도하고 있다는 점이 눈에 띈다. 김 팀장은 현재 한화큐셀이 참가한 산학연 개발 컨소시엄이 페로브스카이트 태양전지와 탠덤 태양전지 기술 개발을 선도하고 있다고 밝혔다.

그는 "탠덤 태양전지를 개발하기 위해서는 우선 가장 고효율을 낼 수 있는 기술을 개발해야하고 그 이후 태양전지와 그 소재를 상용화할 수 있도록 해야 한다"며 "지난해부터 개발이 시작돼 2023년 9월까지 모든 연구·개발을 완료할 예정"이라고 말했다.

그는 이 같은 지속적인 기술 개발 없이 글로벌 태양전지 시장을 선도할 수 없다는 입장이다. 실제 글로벌 태양전지 시장은 코로나19 상황에도 불구하고 급속도로 확대되고 있다. 태양전지 설치 용량 규모는 2019년 115GW에서 지난해 135GW로 확대됐으며, 올해도 160GW로 성장할 것으로 전망된다.

이는 설치 용량 기준 석탄과 가스, 수소에 이어 4번째로 많은 규모다. 신재생 에너지 중에서는 풍력을 뛰어넘어 1위를 차지한 상태다. 태양광 발전은 향후 글로벌 탄소 중립 정책의 영향으로 지속적으로 성장할 것으로 보인다. 한화큐셀은 글로벌 중요 시장인 미국과 유럽 각국에서 태양전지 점유율 1위를 기록하고 있다.

김 팀장은 "한화큐셀은 퀀텀(Q.ANTUM)이라는 기술을 글로벌 최초로 개발해 생산라인에 적용했고, 퀀텀 듀오라는 기술도 최초로 적용해 태양전지의 출력 극대화에 성공했다"며 "시장에서 추가로 점유율을 늘리기 위해 다른 기술과 노하우도 꾸준히 적용하고 있다"고 말했다.