한화큐셀, 차세대 태양전지 최초 상용화 목표 근접

태양전지 부문서 기술력을 선도하고 있는 한화솔루션 큐셀부문(이하 한화큐셀)이 양산에 적합한 규격의 페로브스카이트-결정질 실리콘 탠덤 셀(이하 탠덤 셀)을 자체 개발, 제작했다.

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(1cm2)이 아니라 현재 시중에 판매되고 있는 모듈에도 적용이 가능한 대면적 M10(330.56cm2) 규격의 탠덤 셀을 제작해 제3자 기관의 인증을 받은 것은 세계 최초다. 세계 최고의 발전효율을 기록하며 차세대 태양전지의 최초 상용화 목표에 가까이 다가섰다는 평가가 나온다.

한화큐셀이 연구개발 중인 탠덤 셀은 서로 다른 영역 대의 빛을 흡수하는 실리콘 셀과 페로브스카이트 셀을 적층시켜 발전 효과를 극대화하는 차세대 태양전지다. 학계에 따르면 탠덤 셀의 이론적 한계 효율은 44%에 달해 시중 실리콘 셀의 이론적 한계 효율인 29%에 비해 약 50% 높다.

고효율 탠덤 셀의 상용화는 재생에너지 전환의 속도와 경제성을 대폭 높여줄 것으로 예상된다. 23~24% 수준의 발전효율을 지닌 시중 실리콘 모듈 대신 26~27% 수준의 발전효율을 지닌 탠덤 모듈을 설치하면 약 15%의 전력을 더 생산할 수 있다.

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 있다. 이렇게 같은 면적의 땅에서 더 많은 전력을 생산하게 되면 태양광 발전의 LCOE(Levelized Cost of Electricity, 균등화발전원가)가 낮아지고 경제성이 향상된다. LCOE는 발전설비 건설∙운영∙관리 등에서 발생하는 모든 비용을 합산해 평균을 낸 값을 의미한다.

한화큐셀은 탠덤 셀의 조기 상용화에 초점을 둬 대량 생산 및 모듈 공정에 적용이 가능한 제조기술을 개발하는 데 주력했다. 한화큐셀의 탠덤 셀은 회사 고유의 퀀텀(Q.ANTUM) 기술로 제작한 하부 실리콘 셀과 독자 개발한 대면적 페로브스카이트 박막(薄膜) 형성 기술을 적용한 상부 셀로 이뤄졌다. 하부 셀은 상용 웨이퍼로 만들어져 향후 모듈 공정에 용이하게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

앞으로 한화큐셀은 탠덤 셀과 모듈의 성능 및 장기신뢰성 개선을 위한 연구개발을 지속 수행할 계획이다. 특히 탠덤 셀 시험생산 라인을 운영 중인 한국 진천 공장과 독일 탈하임R&D센터, 그리고 판교R&D센터의 유기적 협업을 토대로 선도적 상용화를 실현할 방침이다.

또한 차세대 태양전지 제조장비 연구개발을 수행 중인 한화큐셀 장비개발센터는 양산을 위한 핵심 공정 설비를 제작했고, 추후 연구를 지속 고도화해 공정 설비의 내재화를 완성할 계획이다.

홍정권 한화큐셀 대표이사는 “태양광 시장의 ‘게임체인저’로 불리는 고효율 탠덤 셀이 상용화되면 태양광 에너지 효율과 경제성이 비약적으로 향상될 것”이라고 전망했다.

한편, 한화큐셀은 청정 전력 생산을 위한 신재생에너지 솔루션 제공을 위한 기술투자에 속도를 내고 있다. 지난 2012년 한화그룹이 독일 태양광 기업 ‘큐셀’을 인수하며 확보한 독일 탈하임(Thalheim) 소재 공장은 2015년 탈하임 R&D센터로 전환한 후 유럽 내 차세대 태양광 연구개발 거점으로 활용 중이다.

또 올해 한화큐셀 장비개발센터를 중심으로 차세대 태양전지의 대량 생산을 위한 공정 및 설비 기술을 내재화하고 있다.