(2025 AFORE)차세대 탠덤 태양전지 동맹, ‘효율·유연성·산업화’ 삼박자 실현 시동

한국과 유럽 연구진이 차세대 박막 태양전지의 효율과 유연성을 동시에 끌어올린 성과를 잇달아 공개했다. 연구진은 구리-인듐-갈륨-셀레늄(CIGS) 박막 태양전지와 페로브스카이트를 이중접합(탠덤)한 구조를 기반으로, 차세대 모듈의 산업적 양산성과 신뢰성을 확보하기 위한 구체적 기술 해법을 제시했다.

6일 제주 부영 호텔 앤 리조트에서 열린 한국신재생에너지학회 추계 학술대회(2025 AFORE) 특별 세션에서는 ‘Horizon Europe 솔메이츠 프로젝트를 통한 박막 탠덤 태양전지 기술 개발’을 주제로 한국과 오스트리아, 독일 연구진의 연구 성과가 공유됐다.

연구진들은 탠덤 기술의 고효율화·유연화·산업화라는 공동의 목표를 설정하고, 단순한 효율 경쟁을 넘어 실제 발전환경과 신뢰성 높은 대면적 공정, 지속가능성, 데이터 공유를 중심으로 한 새로운 연구 패러다임에 의기투합했다.

니콜라우스 바인베르거(Nikolaus Weinberger) 오스트리아 인스브루크대(University of Innsbruck) 박사는 ‘유럽연합 Horizon Europe 과제 솔메이츠(SolMates) 프로젝트’를 소개했다.

18개국 14개 기관이 참여하는 이 프로젝트는 CIGS 하부 셀과 페로브스카이트 상부 셀을 결합해 광흡수 영역을 확장하는 탠덤 구조를 개발하고 있다. 현재 실험실 기준 26.8% 효율, 공인 측정 기준 24.6% 효율을 달성했다.

바인베르거 박사는 유연 기판 적용을 위한 공정 개선과 1㎠에서 100㎠로 확장하는 제조 전략을 설명하며 “효율 향상뿐 아니라 데이터 공유, 재활용, 탄소저감이 솔메이츠의 핵심 목표”라고 강조했다.

현재 해당 프로젝트는 베를린·로마·알프스 세 지역에서 실외 테스트를 진행 중이며, 모든 데이터는 EU 오픈 플랫폼 ‘제노도(Zenodo)’에 공개된다.

이어 기예르모 파리아스 바술토(Guillermo Farias Basulto) 독일 헬름홀츠 베를린연구소(HZB) 박사는 ‘HZB의 페로브스카이트–CIGS 탠덤 소자 개발 현황’을 주제로 발표했다.

바술토 박사 연구진은 하부 CIGS 셀의 갈륨(Ga)·망간(Mn) 비율을 조정해 밴드갭을 최적화하고, 상부 페로브스카이트층의 두께를 100나노미터에서 40나노미터로 줄여 광흡수 효율을 높였다. 그 결과 효율은 23.3%에서 27%로 향상했고, 국제공인시험소 프라운호퍼 ISE(Fraunhofer ISE)에서 24.6% 공인 효율을 인증받았다.

높은 신뢰성도 강점으로 나타났다. 1000시간 안정성 실험에서 95% 이상 성능을 유지한 것은 물론, 온도와 일사량을 변수로 한 다중회귀 예측모델을 도입해 실외 발전량 오차를 10% 미만으로 줄였다.

바술토 박사는 “추세대로라면 30% 효율 달성은 기술적으로 충분히 가능하다”고 강조했다.

신동엽 한국에너지기술연구원 박사도 ‘폴리이미드 기판 기반 고효율 유연형 CIGS/페로브스카이트 탠덤 태양전지 개발’을 주제로 연구 성과를 공개했다.

신 박사 연구팀은 폴리이미드 기판을 활용해 CIGS 층의 두께 폭(Notch Width)을 300~700 나노미터 범위로 조절하고, 저온 용액공정(Solution Process)과 선택적 도포(Vector Deposition) 방식을 결합해 비용 절감과 재현성 향상을 입증했다.

공정을 개선한 결과 모듈의 효율은 23%~26% 수준을 기록했다는 설명이다.

신 박사는 “향후 목표는 30% 효율의 경량 플렉서블 모듈”이라며 “건물일체형 태양광(BIPV)은 물론 우주용 태양전지로도 응용 가능성이 넓다”고 강조했다.