탠덤 태양전지는 2033년 3600억달러(한화 약 479조원, 퓨처마켓인사이트)에 달할 것으로 예측되는 태양광전지·모듈시장의 판도를 바꿀 전망이다. 서로 다른 파장을 흡수하는 다양한 소재를 조합해 같은 면적에 더 높은 밀도로 최대의 발전효율을 낼 수 있다는 아이디어다.

고효율(고광전변환효율) 전지 및 모듈을 개발하면 수상·영농형·건물일체형 등에서 활용도를 극대화할 수 있다. 탠덤 전지는 기존 발전소의 리파워링(대체)을 통해 발전량을 급속히 증가시키고, 그만큼 에너지 전환 및 탄소중립도 빠르게 가져올 것이란 기대도 있다.

문제는 얼마나 높은 효율에, 얼마나 저렴하게 공급할 것인가다. 현재 유럽 등 주요국은 속속 1㎠급 탠덤 전지판에서 30% 내외의 효율을 내고 있고, 한화솔루션도 베를린공대 등과 협력해 초기효율 30.%를 달성한 상태다. 중국 역시 급속한 추격을 통해 33%급 효율 달성을 주장하고 있다.

국내에서는 한화솔루션이 상용화의 핵심이 되는 웨이퍼 크기의 효율 달성을 위해 한국에너지기술연구원 등과 협업하고 있다. 양면 수광 실리콘-페로브스카이트 접합에 초점을 맞춘 다수 원천기술을 십분 활용해 2030년까지 35%의 효율을 달성하고 곧장 상용화에 나선다는 계획이다.


CAST에 설치된 한화모멘텀의 태양광전지 제조 설비가 양산성 검증을 진행하고 있다. /촬영=김진후 기자.
“초격차 기술인 탠덤 태양광전지는 무엇보다 산업과 경제에 이바지할 ‘게임체인저’다. 차세대 기술을 통해 기업과 산업을 지탱·견인하고, 이를 바탕으로 연구계의 차세대 기술 개발도 이끈다는 청사진을 그리고 이를 전담할 국가 차원의 플랫폼 구축에 착수했다.”

지난 2일 대전 국제과학비즈니스벨트 내 태양광기업공동활용연구센터(CAST)에서 만난 곽지혜 한국에너지기술연구원 태양광연구단장은 “CAST는 기업에 도움이 되는 ‘개방형 혁신 플랫폼’을 구축해 실질적으로 탄소중립에 기여하는 탠덤 제조기술을 확보하는 것은 물론, 글로벌 기술 선도와 세계 표준을 선점하는 ‘한국형 탠덤’의 전초기지가 될 것”이라고 강조했다.

2020년도 에너지 기술기반 확충사업으로 마련된 CAST는 차세대 신규 소재로 제작될 탠덤 태양전지 및 모듈의 양산성 검증 라인이다. 오는 4월 본격 개관 이전부터 20여명의 연구인력이 상주하며 50MW급 셀 실험·제조설비과 100MW급 모듈 제조설비 등 20종 이상의 대규모 설비 가동을 본격화하고 있다.

이곳의 가장 큰 특징은 에너지기술연구원 외에도 다양한 기업·연구기관이 ▲맞춤 양산장비 개발 ▲고효율 달성 등 다양한 과제를 수행할 수 있다는 점이다. 신소재 적용 시 뒤따르는 제조 규격 변동성을 기업별로 시시각각 대응한다는 계산이다.


현재 CAST에는 에너지기술연구원 태양광연구단과 한화모멘텀·에스이에이·피앤테크·에스제이이노테크·주성엔지니어링·나인테크 등이 탠덤 전지에 사용될 퍼크(PERC), 탑콘(TOPcon), HJT(이중접합형) 등 상부 실리콘셀 라인구축을 검증하고 있다.


CAST 연구인력들이 주성엔지니어링의 양산성 검증 설비를 가동 중이다. /촬영=김진후 기자.
CAST가 빛을 보기까지 탠덤 전지에 대한 한국에너지기술연구원의 부단한 열정이 작용했다. 탄소중립의 중요성이 높아지는 현재 미국·유럽은 재생에너지 가치사슬을 회복하고 인플레이션감축법(IRA) 등 법제화를 통해 이를 뒷받침하고 있다. 국내에서도 범국가 차원의 탠덤 산업 육성이 필요하다는 데 공감대를 모으고 산업통상자원부와 에너지기술연구원, 한화솔루션, 한국화학연구원, 고려대학교 등이 합심했다.

곽지혜 연구단장은 “대기업과 중소기업, 산업계와 학계, 연구계가 융합해 활용할 수 있는 플랫폼을 구축하면 산·학·연이 서로 시너지를 낼 것이란 구상”이라며 “국가 지원 아래 고부가가치를 가진 원천기술을 개발해 기업이 발 빠르게 상용화하고 양산할 수 있는 발판이 되는 것이 목표”라고 말했다. 

에너지기술연구원은 CAST를 통해 국제 공인 표준이 없는 탠덤의 계측(측정) 영역도 선점한다는 포부를 갖고 있다. 실제로 연구원은 국내에서 유일하게 국제 수준에 부합하는 태양전지 소자 전류-전압 특성곡선 측정 표준을 공인시험할 수 있는 기관 자격을 획득했고, 태양전지 스펙트럼 응답도 측정 표준에 대해서도 공인 능력을 갖췄다. 특히, 모듈 상용화 전 가혹한 온·습도 환경을 1000시간 가까이 견디는 내구성 테스트를 수행할 장기 신뢰성(안전성) 실험장비에 있어 심혈을 기울였다는 설명이다.

출처 : 전기신문(https://www.electimes.com)