신재생에너지학회 ‘국제 PV R&D 플랫폼 현황’ 세션
韓 에너지연(KIER)·KENTECH 비롯 싱가폴 SERIS·美 NREL 동참
“고효율·저비용·고활용 공동 목표” 위해 이중·삼중 접합 접근법 다양

세계 각국이 기후변화와 에너지 위기 해결을 위해 태양광 기술을 전방위로 확대하고 있다. 두 가지 이상의 소재를 접합한 ‘탠덤셀’을 기반으로, 부유식·양면형·BIPV 등 다양한 접근법을 내세우고 있는 가운데 각 기관 간 R&D 협력의 중요성도 부상하고 있다.

안세진 한국에너지기술연구원(KIER, 에너지연) 태양광연구실 책임연구원은 8일 ‘2024 신재생에너지학회 추계 학술대회’의 일환으로 개최된 태양광 세션(국제 PV R&D 플랫폼 현황)에서 “차세대 태양광 연구를 최종단계까지 실증하고 생산하기 위해선 외부 플랫폼, 특히, 국내외 기관이 상호 협력하고 공동 펀딩을 통하는 것이 더욱 효과적일 것”이라고 밝혔다.

한국의 에너지연과 한국에너지공과대학교(KENTECH), 싱가포르의 태양광연구기관(SERIS), 미국의 국가재생에너지연구소(NREL) 등 실무자들이 모인 이날 세션에서 연구자들은 각국의 연구 방법론과 성과를 바탕으로 향후 국가의 경계를 넘는 ‘국제 태양광 R&D 플랫폼’의 가능성을 시사했다. 실제 에너지연은 AIST, PTB, NREL, 프라운호퍼 등 연구소와 헤름홀츠·호라이즌 유럽 등 미국과 유럽 지역의 대규모 프로젝트를 통해 국가간 협력을 강화하고 있다.

안세진 박사는 “에너지연은 페로브스카이트와 CIGS를 활용한 탠덤셀 개발을 통해 30% 이상의 효율을 달성하는 것을 목표로 하고 있으며, 특히 반사광을 활용한 양면형 셀을 통해 전력 출력을 극대화하고 있다”고 말했다.

에너지연은 탠덤 태양전지 연구에서 양면형 탠덤셀과 페로브스카이트-Si 및 CIGS 조합을 활용한 셀 제작 방식을 연구하고 있다. 양면형 탠덤셀은 지면 반사광을 활용해 전력 효율을 높이는 방식으로, 기존 단면 셀 대비 높은 출력을 기대할 수 있다. 이러한 기술을 통해 KIER는 페로브스카이트 소재의 안정성 문제를 해결하고자 노력 중이다.

KIER는 태양광 기업들을 위한 오픈 R&D 플랫폼인 ‘태양광기업공동활용연구센터(CAST)’를 구축하며 기업들이 새로운 소재나 공정을 테스트할 수 있도록 지원하고 있다. CAST는 50MW급 전지 제조라인과 100MW 규모 모듈 라인을 갖춰, 다양한 요구에 맞춰 제작이 가능하다. 에너지연은 대규모 상용화에 이르는 모든 단계의 검증을 지원하는 CAST를 통해 국제 협력을 강화한다는 구상이다.

싱가포르는 도심지 및 열대지역에 알맞은 태양광 적용 확대에 집중하고 있다. 부유식 태양광을 비롯해 싱가포르 전통 건축물에 적용가능한 건물일체형태양광(BIPV)을 필두로, 보급의 주체가 될 기업 및 산업과의 연계를 끈끈히 한다는 계획이다.

김용륜 SERIS 박사는 “SERIS는 기업의 요구에 맞춰 최적화된 태양광 제품을 개발할 수 있도록 지원하며, 연구소 내부에서 소형부터 대형 모듈까지 생산 및 테스트가 가능한 종합적인 산업 연계성을 갖추고 있다”며 “

SERIS는 싱가포르 유일의 국책 태양광 연구기관으로서 정부의 확고한 지원의지 아래 연구성과를 축적하고 있다. 실제 에너지연 태양광연구실이 30여명의 연구진으로 구성된 데 반해, SERIS는 전체 120여명의 전문인력이 연구 목표를 뒷받침하고 있다.

소규모 태양전지에서부터 200㎠ 이상의 대면적 탠덤셀, 대형 모듈까지 생산가능한 다양한 ISO 인증 설비도 SERIS의 자랑이다. 드론과 전기 발광 검사 장비를 이용해 대규모 태양광 필드에서 결함을 신속히 탐지하는 첨단기술을 적용 중이다. 특히, 이들 기술은 4개의 하위 스타트업과 연계해 실제 사업화 과정에 있기도 하다.

국내에선 에너지연 외에도 정부 및 한국전력공사가 설립한 KENTECH 역시 탠덤 셀 개발 대열에서 활약하고 있다.

정의혁 KENTECH 박사는 “진공 공정을 통해 고품질의 페로브스카이트 필름을 제작하고, 유연한 기판 위에 적용해 차세대 태양 전지를 개발하고자 한다”고 설명했다.

KENTECH는 CIGS와 페로브스카이트를 결합한 삼중접합(트리플 탠덤) 구조의 고효율 장치를 개발해 35% 이상의 광전변환효율을 달성하는 것이 목표다. 또, 기계적 유연성과 경량성을 갖춘 초박형 기판을 활용해 다양한 응용이 가능한 고성능 태양전지 기술을 확보했다는 설명이다.

정의혁 박사는 “우리가 태양으로 받는 에너지는 시간당 초당 총 17만3000TW에 달한다. 이는 전 세계 에너지사용량의 1만배로, 효율적인 에너지 활용은 앞으로의 에너지 위기를 타개할 핵심 요소”라며 “고효율과 저비용, 높은 활용도라는 공동의 목표 달성을 위해 국제 협력이 강화되길 바란다”고 강조했다.