2025년 단일형 투입 … 진코솔라, 2028년 실리콘 탠덤형 양산화

페로브스카이트 태양전지(PSC: Perovskite Solar Cell)가 상용화를 앞두고 있다.
PSC는 도포하면 빛을 흡수하는 페로브스카이트층을 형성하는 요소, 납, 메틸암모늄(Methyl Ammonium)을 원료로 사용한다. 
두께가 1마이크로미터 이하인 페로브스카이트층을 필름기판 등에 적용하면 얇고 가벼우면서 접을 수 있는 태양전지를 만들 수 있으며, 유리에 적용하면 발전유리로 이용 가능해 건물과 농지 도입이 기대되고 있다.
2025년 이후 발전층에 페로브스카이트만을 사용하는 단일형 PSC부터 상용화될 것으로 예상되며, PSC와 실리콘(Silicone)을 접합한 탠덤(Tandem) 태양전지(PV) 관련 연구도 활발히 이루어지고 있다. 
PSC는 2009년 일본 미야사카 츠토무 도인요코하마(Toin Yokohama) 대학 교수가 처음 개발했다. 
일본은 PSC의 주원료인 아이오딘(Iodine) 생산량이 세계 2위이며 발전성능과 직결되는 도포 기술에도 강점을 지니고 있어 많은 화학기업들이 PSC 개발 경쟁을 벌이고 있다.
국내에서는 2011년 박남규 성균관대학교 교수가 세계 최초로 안정적이면서 고효율인 고체형 PSC를 개발한 바 있으며, 최근에도 한국과학기술원(KAIST)이 세계 최고 효율의 납 베이스 페로브스카이트 하이브리드 태양전지를 개발하는 등 적극 연구하고 있다.
일본 세키스이케미칼(Sekisui Chemical)은 필름에 PSC층을 형성할 때 발생하는 가스배리어 강도 신뢰성 문제 해결에 주력하고 있다.
세키스이케미칼은 봉지·성막 등 독자적인 기술을 구사해 옥외 내구성 10년을 달성한 것으로 알려졌다. 폭 30센티미터 롤투롤 프로세스를 확립하고 상용화를 위해 건물 외벽과 창고 벽면 등 다양한 장소에서 실증 시험을 진행하고 있다.
도시바(Toshiba)는 독자적인 메니스커스(Meniscus) 도포 기술로 페로브스카이트층을 고품질화하고 있다.
계면장력을 이용한 도포법으로 기존에는 도포가 2회 필요했으나 1회로 단축했다. 대면적화에도 대응할 수 있으며 고효율·저코스트 필름형 PSC를 달성해 주택 지붕, 건물 벽, 멤브레인 건축물, 방읍벽 등에 적용할 방침이다.
파나소닉(Panasonic)은 유리형 PSC를 개발하고 있고 전력 생산이 가능한 유리 건축자재로 출시할 계획이다.
투명전극을 부착한 건축용 유리에 발전층을 직접 형성하는 PSC로 창문, 처마, 농업용 유리 등으로 제안할 예정이며 2025년 말부터 테스트 마케팅을 개시해 2028년 양산화를 검토하고 있다.
랩스케일로 한정하면 PSC는 이미 실리콘계와 비슷한 26%의 변환효율을 달성한 것으로 알려졌다.
단일 양산제품으로 20%를 돌파하면 다양한 장소에서 사용 가능할 것으로 예상되는 가운데 상용화를 위해서는 옥외 설치 기준 15년 이상의 내구성과 기판·부품의 코스트다운, 100MW급 발전능력을 갖춘 설비 건설 등 과제가 남은 것으로 평가된다.
글로벌 태양전지 산업을 선도하는 론지(LONGi), 진코솔라(Jinko Solar), 트리나솔라(Trina Solar) 등 중국 메이저들은 탠덤형 변환효율 경쟁을 펼치고 있다.
특히, 글로벌 태양전지 시장점유율 1위 자리를 다투는 진코솔라와 론지는 변환효율 세계 최고 기록을 잇따라 갱신하고 있다.
론지는 166밀리미터 웨이퍼를 이용한 실리콘 태양전지와 PSC를 조합한 탠덤형 태양전지로 변환효율 30.1%를 달성했다. 상업 크기로 고효율화에 성공하면서 상용화에 한층 근접한 것으로 평가된다.
론지는 실리콘 이종접합 백컨택트 셀의 변환효율 27.30%를 달성해 기존에 보유하고 있던 27.09% 기록을 갱신했다. 
론지는 성능과 코스트를 겸비하기 위해 연구개발을 가속화할 방침이다.
독자적인 올 레이저(All-laser) 패터닝 프로세스를 적용해 서로 다른 실리콘을 붙인 이종접합과 뒷면에 전극을 형성하는 백컨택트 구조를 융합한 PV 셀을 개발했으며 백컨택트 구조를 채용함으로써 산화인듐(Indium(III) Oxide)과 주석 등으로 이루어지는 투명 도전막 사용량과 코스트를 감축하고 있다.
론지는 현재 양산제품 모듈에 변환효율 25.8% 셀을 탑재하고 있으며 26% 이상을 달성해 차세대 양산 트렌드를 선도할 계획이다. 아울러 이종접합 및 백컨택트 기술을 개량해 장기적으로는 양산제품으로도 27% 이상의 효율을 달성할 방침이다.
실리콘계 태양전지 생산기업들이 PSC를 적용한 탠덤형 연구를 본격화하고 있는 것은 실리콘계 단일 태양전지의 성능 한계인 이론적 변환효율 28%가 눈앞에 다가왔기 때문이다. 실리콘계와 PSC를 조합하면 이론효율은 42%까지 높아진다. 
진코솔라는 PSC와 조합하는데 장애물로 작용하는 실리콘계와의 내구성 차이 문제를 극복하기 위해 탠덤형 PSC에 연구개발비의 약 33%를 투입하고 있으며, 빠르면 2028년까지 양산화할 계획이다.
트리나솔라 역시 5년 후에는 고효율 실리콘 태양전지와 PSC를 접합한 탠덤형이 산업계를 선도할 것으로 기대하는 등 상용화에 자신감을 나타내고 있다.
아울러 성분 구성이 상이한 PSC끼리 접합한 탠덤형 PSC도 이론상 효율이 40%에 달할 것으로 예상되고 있다. (윤우성 선임기자)