중국, 페로브스카이트 태양전지 효율 28.04%... 세계 신기록

중국과학원 화학연구소가 페로브스카이트와 유기 물질을 결합한 하이브리드 탠덤 태양전지를 개발해 공인 인증 광전 변환 효율 28.04%를 기록하며 기술 한계를 돌파했다.

피플웨어(Pplware)는 지난 2일(현지시각) 이번 성과가 네이처에 게재됐다고 보도했고, 차세대 도심형 태양광(BIPV) 시장을 노리는 한국 태양광 소재 업계에도 기술 격차 대응이라는 과제가 던져졌다.


새로 개발된 태양광 셀은 단일 소재를 사용하는 기존 실리콘 태양광 패널의 한계를 극복하기 위해 두 가지 다른 층을 결합했다. 두 소재의 서로 다른 광흡수 특성을 상호 보완해 태양광 이용률을 끌어올리는 방식이다.
구조를 보면 상부층에는 고에너지 영역의 빛을 흡수하는 페로브스카이트를 배치했다. 하부층에는 상부층을 통과한 다른 파장의 빛을 받아들이도록 최적화한 유기 물질 전도성 층을 결합해 태양광 스펙트럼의 흡수 영역을 극대화했다.


연구진은 효율 극대화와 함께 상용화의 최대 걸림돌이던 수명 문제도 함께 해결했다. 연구실 검증을 거쳐 제3자 기관에서 정상상태(steady-state) 광전 변환 효율 28.04%를 공인받았다. 이는 투입된 태양 빛 에너지의 28.04%를 실제 전력으로 전환할 수 있음을 의미한다.

동일 분야(페로브스카이트-유기 탠덤) 기존 세계 최고 효율 기록인 26.4%를 1.64%p 끌어올린 성과다. 현재 주류인 단일 실리콘 태양전지의 평균 상용 효율(20~22%)을 크게 상회하는 수준이다.

가혹한 환경을 가정한 내구성 시험도 통과했다. 연속 조명(continuous illumination) 조건 아래 625시간 동안 전지를 작동시킨 결과 초기 효율의 약 90% 수준을 유지했다. 고효율 차세대 태양전지가 가진 취약한 내구성을 극복할 수 있는 전기를 마련했다는 평가를 받는다.

효율이 크게 높아지면 동일한 면적에서 더 많은 전력을 생산할 수 있다. 도심 건물 외벽이나 친환경 모빌리티 등 공간 제약이 큰 분야로 적용 범위를 넓히기 쉬워진다.

다만 상용화 단계에 다다르기 위해서는 공정 단순화와 대량 생산 체계 구축, 제조 단가 절감이라는 과제가 남아 있다. 업계에서는 향후 상용화 공정 개발이 순조롭게 진행될 경우 글로벌 청정에너지 전환 속도가 한층 빨라질 것이라는 관측이 나온다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com