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페로브스카이트 태양전지
김정문 기자  |  et1@ecotiger.co.kr
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승인 2021.10.21  00:41:21
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태양전지는 태양광선의 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치를 말한다.

1876년 영국의 G. 애덤스 등에 의한 고체의 광기전력효과(光起電力效果)의 발견이 광전지 개발의 계기가 되었으며, 1954년 미국 벨연구소에서 1세대 태양전지인 '결정형 실리콘 태양전지'를 상용화 했다.

실리콘 태양전지는 전자계산기, 탁상용 시계 등 전력 사용량이 비교적 작은 전자기기에 널리 쓰이고 있지만 에너지 효율은 약 6%에 불과하다는 단점이 있다.

물론 실리콘을 얇게 만들어 빛이 쉽게 침투하도록 해 에너지 효율을 15%까지 올린 것도 있고, 특수한 무기 재료로 효율을 20%까지 높인 태양전지도 등장했지만, 이런 첨단 실리콘 태양전지는 만드는 비용이 매우 비싸 경제성이 떨어진다는 지적을 받고 있다.

때문에 현재까지도 가장 많이 쓰이는 제품은 에너지 효율 6%의 1세대 실리콘태양전지이며, 전 세계 시장의 90%을 차지하고 있다.

이에 비해 2세대 태양전지로 불리는 '박막형 태양전지'는 실리콘 태양전지보다 효율은 떨어지지만 만들기 쉽고 가격이 저렴하다는 장점이 있다.

박막형의 경우 제조 원가를 줄이기 실리콘 웨이퍼를 사용하지 않고 저렴한 원재료인 기판표면(유리,플라스틱 등) 위에 박막으로 화학재료를 증착해 만든다.

덕분에 중국업체 진출로 공급이 넘쳐나고, 유럽 선진국 보조금 중단으로 업황이 침체된 실리콘 태양전지 시장과는 차별화된 흐름을 보였다.

실제로 전 세계 박막 태양전지 시장 규모는 2008년 18억2000만달러에서 2009년 25억600만달러, 2010년 38억8000만 달러를 차지할 정도로 성장세가 가파르다.

   
▲ 페로브스카이트 태양전지 대면적 모듈. 사진=한국화학연구원

3세대 태양전지로 불리는 페로브스카이트 태양전지는 아직 상용화되지 못하고 있다.

2009년에 처음 선보인 페로브스카이트 태양전지는 불과 7년만인 2015년에 효율 20%를 돌파하는 기록을 얻었으며, 이는 결정질 실리콘 태양전지가 수십 년이 걸린 것과 비교하면 고무적이라는 평가다.

페로브스카이트 태양전지는 이러한 높은 효율과 더불어 낮은 재료비와 제조 단가로 인해, 결정질 실리콘을 대체할 수 있는 미래의 태양전지로 주목을 받고 있다.

이러한 전망으로 인해, 페로브스카이트 태양전지에 대한 특허출원이 급증하고 있기는 하지만, 최근에는 페로브스카이트 태양전지에 관한 연구 결과가 주로 논문으로 발표되고 있고, 특허 출원으로는 이어지지 못하고 있는 것으로 나타났다.

페로브스카이트 태양전지 기술은 사이언스지가 선정한 10대 유망기술 중 하나로서 미래 태양전지 시장을 선점하기 위한 핵심기술이다.

그런 점에서, 현재 90%이상을 점유하고 있는 실리콘 태양전지 시장을 대체할 수 있는 페로브스카이트 태양전지 기술개발을 위해 더욱 노력해야 한다는 목소리가 높다.

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