한화솔루션의 태양광 사업을 이끄는 한화큐셀이 개발 중인 ‘페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지’가 주목을 끌고 있다. 중국이 실리콘 셀 중심의 태양광 시장을 독점하고 있는 가운데 실리콘 셀 위에 신소재인 페로브스카이트를 겹쳐 발전 효율을 최대 30%까지 끌어올린 ‘탠덤 셀’이 게임 체인저로 부각되고 있기 때문이다. 정부가 차세대 태양광 기술로 꼽은 이유다. 

산업통상자원부는 지난 29일 한국무역협회 대회의실에서 '탄소중립 기술·산업 경쟁력 강화전략' 수립 킥오프 회의 개최를 개최했다. 탄소중립과 에너지 대전환에 대응해 산업 구조 전환과 에너지 생태계 구축을 추진하기 위한 자리다. 이호현 산업부 2차관은 이 자리에서 "태양광 산업은 중국이 실리콘 기반 기술로 시장을 장악한 상황이라 우리가 격차를 좁히기엔 쉽지 않다. 인천상륙작전처럼 특단의 대책이나 차세대 기술을 통해 산업 생태계를 다시 키워야 한다"며 ‘페로브스카이트 탠덤 셀’을 차세대 태양광 기술 사례로 소개했다.

이와 관련, 김기홍 한화솔루션 큐셀부문 탠덤상업화추진담당 임원은 "탠덤 기술은 고효율·고출력을 추구하는 차세대 태양전지 기술로 아직 중국을 포함해 전 세계 어디에서도 양산에 성공한 사례가 없다"며 "현재 시장은 대부분 중국 기업들이 점유하고 있기 때문에 기술 리더십을 한국이 가져갈 수 있도록 제품을 세계 최초로 양산해 보자는 목표를 갖고 있다"고 말했다. 

한화솔루션 관계자는 "본격적인 양산 단계는 아니지만 기존 실리콘 기반 태양전지보다 효율이 훨씬 높기 때문에 누가 먼저 상용화에 성공하느냐가 향후 태양광 제조 시장의 판도를 좌우할 수 있다"며 "한화큐셀이 이 분야에서 국내 기업 중 가장 앞서 개발을 진행하고 있고 실제로 태양광 모듈을 자체 생산하는 몇 안 되는 기업이기 때문에 국가 차원에서도 대표 주자로서 의미가 있다고 생각한다”고 말했다. 

◆ ‘탠덤 셀’ 상용화 초읽기…한화솔루션, 3년 연속 기술 고도화
한화큐셀은 2019년부터 탠덤 태양전지 개발에 나샀다. 2023년 상용 웨이퍼 사이즈를 기준으로 셀 공정과 모듈화 기술, 양산 공정 개발에 착수했으며 지난해에는 이를 바탕으로 탠덤 파일럿 설비를 구축해 생산 기반을 마련했다. 올해 1분기에는 양산 공정 개발과 함께 신뢰성 향상 작업을 병행했고 파일럿 설비를 갖췄다. 실증 기반의 기술 내재화를 통해 양산 가능성 검증에 본격 돌입한 셈이다.

같은 기간 ‘탠덤 태양전지 및 이의 제조방법’에 대한 특허도 출원했다. 해당 기술은 실리콘 하부셀 위에 페로브스카이트 상부셀이 배치된 구조로 두 셀 사이에는 양 층을 결합하는 결합층이 포함된다. 결합층은 하부셀과 맞닿은 제1 투명 전극층, 그 위에 배치된 버퍼층, 그리고 상부셀과 접하는 제2 투명 전극층으로 구성된다.

한화솔루션 관계자는 "페로브스카이트는 단독형이든 실리콘과의 탠덤 구조든 상관없이 이 소재를 얼마나 빠르게 양산 단계로 끌어올릴 수 있느냐가 기술 경쟁의 핵심"이라고 말했다.

◆ 탠덤 태양전지 세계 첫 양산 목표…신뢰성 확보 관건
한화큐셀은 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지 상용화에 속도를 내고 있다. 현재 파일럿 라인을 가동 중이며 상업화가 가능한 정규 사이즈의 셀과 모듈 단위에서 시험 생산이 진행되고 있는 상태다. 한화큐셀 측은 "양산 시점을 2026년으로 보고 있지만 확정적인 일정은 아직 말하기 어렵다"고 말했다. 

다만 셀 효율과 출력 면에서는 글로벌 경쟁사 대비 빠르게 진척되고 있다는 입장이다. 김 임원은 "다른 나라들은 보통 작은 셀 단위에서 고효율을 내는 데 집중하고 있지만 한화큐셀은 상업화가 가능한 정규 사이즈의 셀과 모듈을 기반으로 파일럿 라인을 가동 중이다. 그런 점에서 보면 좀 더 빠르게 나아가고 있다고 생각한다"고 말했다. 이어 "모듈의 신뢰성과 소재의 안정성을 높이는 작업에 집중하고 있다"고 전했다. 

탠덤 셀의 상부층에 사용되는 페로브스카이트는 무기 복합 물질로 고출력은 가능하지만 장기 내구성 확보가 어려운 점이 기술적 과제로 남아 있다. 태양광 모듈이 일반적으로 20~25년 사용되는 점을 감안하면 신뢰성 확보는 상용화를 위한 핵심 요소다. 김 임원은 "기술적으로 빠르게 진전되고 있지만 상용화를 위해서는 일정 수준 이상의 신뢰성이 반드시 뒷받침돼야 한다"고 강조했다. 

김 임원은 신뢰성 검증과 같은 기반 기술 부문에서는 정부 연구기관과의 협력이 필요하다고 설명했다. 아울러 현재 시장에 나와 있는 제품들 역시 충분히 시장을 형성할 수 있도록 여건이 마련돼야 한다고 강조했다. 김 임원은 “초저가로 유통되는 중국산 제품으로 인해 국내 기업이 자국 내 시장에서도 경쟁이 어려운 상황”이라며 기존 태양광 제품에 대한 시장 보호 조치도 병행돼야 한다고 덧붙였다.