"폴리실리콘 보다 '텐덤' 셀"… 한화큐셀 '태양광 신소재 개발' 눈길

한화큐셀이 차세대 태양광 소재로 떠오른 '페로브스카이트 폴리실리콘 탠덤 셀'(이하 탠덤 셀) 연구에 박차를 가하고 있다. 텐덤 셀은 기존 태양광 셀 소재인 폴리실리콘의 효율을 뛰어넘는 것으로 알려진 가운데 한화큐셀은 향후 텐덤 셀 최초 양산에 성공하겠다는 구상이다.  

9일 한화큐셀에 따르면 초고효율·고안정성을 갖춘 탠덤 셀·모듈 제품의 상용화 시점을 최대한 앞당기는데 집중하고 있다. 이를 위해 8년 전 일찌감치 1조5000억원이라는 대규모 투자를 결정하고 독일과 국내에 차세대 태양광 소재를 개발하기 위한 연구개발 센터를 설립했다.

당시 김동관 한화그룹 부회장은 "이번 투자로 한화큐셀의 선도적인 업계 지위를 강화하고, 국내 태양광 산업 경쟁력을 확보하겠다"며 "앞으로도 한화큐셀은 미래 태양광 시장을 주도하기 위한 연구개발과 투자를 지속하겠다"고 밝혔다.

한화큐셀은 대규모 투자에 힘입어 선제적으로 신소재 기술력을 확보하고 있는 것으로 알려졌다. 독일의 헬름홀츠 베를린 연구소와의 공동 연구를 통해 올해 4월 최대 효율이 29.9%에 달하는 탠덤 셀(1cm² 기준)을 개발에 성공했다.

이는 지난해 기록인 기록인 28.7% 대비 1.2%p 개선한 결과로 현재 시장에서 판매되고 있는 실리콘 셀의 이론 한계 효율에 근접한 수치라는 게 회사 측 설명이다. 기존 셀과 달리 본격적인 연구개발이 시작된 시점이 4년 전이라는 점을 감안하면 효율 향상의 속도가 빠른 편이다.

이번 연구 결과는 유럽 ESTI(European Solar Test Installation)로부터 공식 검증도 받았다. 한화큐셀은 최종적으로 텐덤 셀 개발이 완료되면 2026년 하반기 양산을 목표로 하고 있다.

한화큐셀 이구영 대표이사는 "한화큐셀은 국내외 유수의 기관과 협력해 페로브스카이트-실리콘 탠덤 셀의 상용화를 앞당기기 위해 노력하고 있다"며 "앞으로도 유럽과 한국을 거점으로 투트랙 연구개발을 통해 차세대 태양광 시장의 기술 혁신을 선도할 것"이라고 말했다.

페로브스카이트 탠덤 셀, 기존 '폴리실리콘' 대비 효율↑ 

아직까지 대중적으로는 다소 낯선 탠덤 셀은 태양광 셀의 원재료인 폴리실리콘 위에 차세대 태양광 소재인 '페로브스카이트(Perovskite, PSC)'를 얹은 형태로 만들어진다. 바로 이 두 개의 소재가 합쳐져 텐덤 셀이 완성 되는데 PSC를 얼마나 안정적으로 쌓는지가 관건이다.

기존 폴리실리콘에 페로브스카이트가 올라가면 상부의 페로브스카이트 부분에서는 단파장 빛을 흡수하고, 하부의 폴리실리콘 태양광 셀에서는 장파장 빛을 추가로 흡수하게 된다. 상하부에서 단·장 파장의 빛을 이중으로 흡수해 기존 실리콘 태양광 셀 대비 효율이 높은 것이다.

현재 대부분의 태양광 셀 소재는 폴리실리콘인데 기존 셀의 이론 효율 한계는 29% 수준이다. 반면 탠덤 셀의 이론 한계 효율은 44%로 알려져 있다. 셀 제조업계와 학계에서는 탠덤 셀의 최대 효율은 최대 44%까지 가능할 것으로 보고 있다.

탠덤 셀이 폴리실리콘 셀보다 가격 경쟁력도 갖추고 있는 점도 장점으로 꼽힌다. 태양광 셀에 쓰이는 폴리실리콘을 만드는 공정에는 1000℃ 이상의 열처리가 필요한데 페로브스카이는  130~400℃에서 가공이 가능하다.

또 물질 특성 상 전자 이동이 용이해 기존 태양광 패널 보다 20~500배 얇게 만들 수 있다. 이처럼 가공비용을 줄일 수 있어 원가를 최대 8분의 1 수준으로 낮출 수 있다는 게 업계 시각이다. 다만 소재 시장에서의 가격 변동은 양산 후 수요와 공급을 살펴야 하기 때문에 아직까지 가격 경쟁력을 논하기엔 시기상조라는 얘기도 나온다.