탠덤셀(페로브스카이트, 차세대 태양전지)

현재 페로브스카이트를 기반으로 한 탠덤 셀의 효율은 최대 44%에 달합니다. 실리콘 셀의 효율인 29%를 큰 차이로 앞서고 있습니다. 이런 기술력을 가지고 있는 한화 큐셀이 탠덤 셀 상용화에 속도를 내고 있습니다. 최근 한화솔루션의 컨퍼런스 콜에서도 이러한 내용이 언급된 바 있습니다.

 

오늘은 기후위기에 대항하는 신재생에너지 중 태양광 발전의 가까운 미래기술 탠덤 셀에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

차세대 태양전지가 성공할 수밖에 없는 이유

최근 기후위기가 전 세계적으로 심각한 사회문제로 대두되고 있습니다. 유럽의 폭염과 미국, 그리고 우리나라에 큰 피해를 준 폭우도 기후변화로 인한 문제라고 볼 수 있습니다. 이런 기후위기를 해결하기 위해서 빠질 수 없는 것이 재생에너지입니다. 그중에서도 태양광의 에너지원인 태양에너지는 전 세계 어디에서나 받을 수 있습니다.

예전에 태양광의 가장 큰 문제점은 에너지 효율 대비 설치단가가 비싸다는 것이었고, 태양광 설치를 위해서 소요되는 면적 또한 문제였습니다. 하지만 현재 태양광의 설치단가와 효율은 빠르게 개선되고 있습니다. 우리나라의 경우에는 전기세가 저렴하기 때문에 가정용 태양광 설치가 많이 되지 않지만 유럽의 경우에는 가정용 태양광 설치 수요가 매년 늘어나고 있습니다. 공간적인 제약은 아직 기술이 부족하지만 가까운 미래에는 공간적인 제약 또한 사라지게 될 것입니다. 저번에 포스팅했던 페로브스카이트 태양전지 편을 보시면 많은 도움이 되실 거라 생각합니다. 현재에도 영농형 태양광을 통해서 농지 위에 태양광 패널을 설치하여 농민들에게 꾸준한 수익을 주고 있습니다. 미래에는 건물과 전자기기 및 차량 등에도 설치될 것으로 예상됩니다.

 

하지만 아직 페로브스카이트를 단독으로 사용하기에는 기술이 부족하고 해결해야 될 문제점들이 있습니다. 그래서 그것을 보완하면서 효율은 높이고, 상용화가 성큰 다가온 페로브스카이트 태양전지와 실리콘 태양전지를 함께 사용하는 탠덤 셀에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

탠덤 셀 구조

탠덤 셀은 기존의 실리콘 태양전지 층에 페로브스카이트 전지를 함께 적층 하여 만든 셀입니다. 실리콘 셀은 장파장의 빛을 흡수하고 페로브스카이트 셀은 단파장의 빛을 흡수합니다. 기존의 실리콘 태양전지가 흡수하지 못하던 파장의 빛까지 흡수하면서 효율이 높아지는 것입니다. 또한 페로브스카이트 전지의 약점을 상호 보완하고 있습니다.

 

기존의 탠덤 셀은 상부층에 정공수송층이 배치되어 있었습니다. 이 정공수송층에서는 빛이 들어오는 과정에서 빛의 일부를 흡수하는 현상이 발생하여 효율이 떨어지는 문제가 있었습니다. 이런 점 때문에 페로브스카이트와 실리콘 이중 접합 셀도 이러한 광흡수층 및 전하수송층을 균일하게 코팅해주는 기술이 중요했습니다. 태양광 연구단 홍성준 박사 연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 페노티아진이라는 물질을 이용하여 기판 표면의 상태와 상관없이 단분자막을 형성할 수 있는 경제적인 정공수송 물질을 개발하였습니다. 기존 대비 셀의 상부에서 흡수되어 효율이 떨어지는 문제를 크게 개선할 수 있었습니다. 

 

탠덤 셀 전망

탠덤 셀은 약 10년 정도밖에 되지 않는 짧은 시간 동안 개발되었습니다. 하지만 이미 실험적 효율은 실리콘 셀의 한계 효율을 뛰어넘었습니다. 독일과 영국에서는 효율 29%에 육박하는 탠덤 셀을 개발했다고 보고된 바도 있습니다.

우리나라의 유니스트 연구진은 페로브스카이트 단일 셀 최고 효율을 가지고 있으며 전 세계적으로도 선두주자 역할을 하고 있습니다. 한화큐셀은 탠덤 셀의 안정성을 개선시켜 미국의 국립 신재생에너지연구소에서 공인 효율을 인정받았습니다. 또한 최근 6인치 태양광 탠덤 셀을 개발에 성공했습니다.

현대자동차도 탠덤 셀을 활용하여 차량용 솔라루프를 개발하고 있습니다.

 

마무리

현재 기후위기는 심각한 상태입니다. 지난 7월 28일에 이런 뉴스를 본 적이 있습니다. 1년 치 탄소 자정능력은 오늘로 끝났고 내일부터는 지구에 빚을 지고 산다는 내용이었습니다. 다음날인 7월 29일부터는 지구가 한 해 동안 재생할 수 있는 생태에너지를 후손들이 사용해야 할 자원을 앞당겨 쓰게 된다는 것입니다.

 

개인적인 생각으로는 기후위기만 막을 수 있다면 일부 원전의 활용도 좋다고 생각합니다. 하지만 원전은 완벽한 대안이 아닙니다. 결국에는 재생에너지가 인류를 구원할 에너지 발전 방법이라고 생각합니다. 태양광, 풍력, 지열 등 아직 에너지 발전방식과 설비가 노후되고 처리해야 할 폐기물 처리방법 등 아직 해결해야 할 문제들이 많이 있습니다. 우리는 그때까지 최대한 에너지를 아껴 쓰면서 지구가 버틸 수 있도록 노력해야 합니다. 크지 않아도 좋습니다. 작은 것부터 입니다. 가까운 거리를 걸어 다니고 대중교통을 이용하며 재활용 분리수거를 열심히 하는 것부터 시작해도 좋습니다.

 

이번에는 차세대 태양전지인 탠덤 셀에 대해서 알아보았습니다. 오늘도 행복한 하루 되시고 늘 건강한 투자 하시길 바랍니다.