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지구 온난화는 갈수록 심해지고 이상기후 역시 잦아지고 있다. 기후 변화에 대응하기 위해서 친환경 에너지 개발과 지속가능한 발전은 전 세계가 함께 고민하고 있는 부분이다. 친환경 에너지 개발에 있어서 대표적인 것은 태양광 발전인데, 최근 반가운 소식이 들려왔다.
올해 초 매사추세츠 공과대학교가 발간하는 세계적인 IT·테크 전문 매거진인 ‘MIT Technology Review’는 올해 페로브스카이트(Perovskite) 기반 태양광 셀 기술을 ‘10 Breakthrough Technologies 2024’로 선정*하며 해당 기술 상용화가 유력한 글로벌 7대 기업 가운데 하나로 한화큐셀을 선정했다. 그리고 최근 한화큐셀은 실제로 기술 상용화에 한 걸음 더 가까이 다가섰다는 반가운 소식이 들려왔다.
태양광 에너지 기술의 게임 체인저 - 페로브스카이트 탠덤 기술
태양광 발전이 화석연료를 대체하기 위해서는 태양광 모듈의 발전효율을 높이는 것이 중요한 상황이다. 발전효율이란 태양광 에너지가 전기 에너지로 변환되는 정도를 의미한다. 처음 개발된 태양전지의 발전효율은 단 1%, 이후 기술은 발전하며 오늘날 태양광 모듈은 빛 에너지의 20% 이상의 발전효율을 기록하고 있다.
페로브스카이트는 1839년 러시아 우랄 산맥에서 발견된 광물로 러시아 광물학자 레프 페로브스키의 이름을 본따 지어진 이름이다.
페로브스카이트는 빛 에너지의 흡수와 발광이 모두 가능한 금속산화물을 말하며 높은 광전변환효율을 지니고 있을 뿐 아니라 기존의 실리콘 태양전지에 비해 제조가 쉽고 경제적이라는 장점을 갖고 있다. 한화는 실리콘 셀 위에 페로브스카이트 셀을 쌓은 탠덤 셀 기술로 태양광 발전 효율을 높이고자 한다.
현재 시장에서 대중화 되어있는 실리콘 태양광 셀의 이론적 한계 효율은 29% 수준이나, 페로브스카이트 탠덤 셀의 이론 한계 효율은 44% 수준에 달한다.
그 이유는 탠덤 셀은 상부 셀에서 페로브스카이트가 가시광선이나 자외선 등의 단파장 빛을 흡수하고 하부 셀에서는 실리콘이 적외선 등의 장파장 빛을 흡수하는 구조로 위아래 층에서 서로 다른 영역대의 태양빛을 상호보완적으로 흡수해 전기를 생산하는 방식이기 때문이다.
특히, 이 차세대 태양광 기술은 우리나라 뿐만 아니라 미국, 영국, 중국 등의 세계 각국에서 미래 유망 기술로 인식하고 있는 상황이다.
세계 최고 효율 달성한 한화큐셀의 탠덤 셀
그리고 들려온 반가운 소식은 한화큐셀이 양산에 적합한 규격의 페로브스카이트-결정질 실리콘 탠덤 셀을 자체 개발하고 제작해 세계 최고의 발전효율을 기록하며 차세대 태양전지의 최초 상용화 목표에 가까이 다가섰다는 것이다.
한화큐셀이 자체 개발해 직접 제작한 M10 사이즈 탠덤 셀은 28.6%의 발전효율을 기록해 국제적 인증 기관인 독일 프라운호퍼 태양에너지 시스템연구소(Fraunhofer ISE)로부터 인증을 획득했다. 연구용 소면적(1㎠)이 아니라 현재 시중에 판매되고 있는 모듈에도 적용이 가능한 대면적 M10(330.56c ㎠) 규격의 탠덤 셀을 제작해 제3자 기관의 인증을 받은 것은 세계 최초다.
고효율 탠덤 셀이 상용화가 된다면 재생에너지 전환의 속도와 경제성은 대폭 향상될 것이다. 23~24% 수준의 발전효율을 지닌 시중 실리콘 모듈 대신 26~27% 수준의 발전효율을 지닌 탠덤 모듈을 설치하면 약 15%의 전력을 더 생산할 수 있다고 하니 반가운 소식이다.
또한 페로브스카이트는 온도와 일사량 변화에 따른 출력 변화 폭이 작기 때문에 이를 활용한 탠덤 셀은 더운 기후나 흐린 날씨에도 실리콘 단일 셀에 비해 많은 전력을 안정적으로 생산할 수 있다는 것도 장점이다. 같은 면적의 땅에서 더 많은 전력을 생산하게 되면 태양광 발전의 LCOE(균등화발전원가) 가 낮아지고 경제성이 향상되는 것은 당연할 것이다.
앞으로 한화큐셀은 탠덤 셀과 모듈의 성능 및 장기신뢰성 개선을 위한 연구개발을 지속 수행할 계획이라고 한다. 한화큐셀 홍정권 대표이사는 “태양광 시장의 ‘게임체인저’로 불리는 고효율 탠덤 셀이 상용화되면 태양광 에너지 효율과 경제성이 비약적으로 향상될 것”이라며 “한화큐셀은 연구개발에 더욱 정진해 세계 최초로 탠덤 셀 양산에 성공하고 기술경쟁력을 바탕으로 글로벌 태양광 시장을 주도해 나가겠다”고 밝혔다.
앞으로 태양광 시장을 주도해 나갈 한화큐셀의 행보를 계속 주목하면 될 것 같다. 한화가 만들어갈 새로운 그린에너지의 시대가 너무나도 기대된다.
