페로브스카이트 태양전지 대량생산 기술을 개발한 한국화학연구원 전남중(오른쪽) 박사와 김범수 박사.[한국화학연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 차세대 페로브스카이스트 태양전지 대량생산 핵심기술을 개발, 국내 기업에 이전했다.

한국화학연구원은 ㈜셀코스와 3일 100억원 규모의 페로브스카이트 태양전지 대량생산 기술 이전 계약을 체결했다.

화학연 김범수·전남중 박사 연구팀은 OLED 양산에 활용되고 있는 건식 진공증착 기술을 활용, 고품질의 페로브스카이트 박막을 제작할 수 있는 기술 개발에 성공했다.

연구팀은 이 기술을 OLED 진공증착 장비 전문기업인 ㈜셀코스의 우수한 역량에 접목, 페로브스카이트 태양전지 대량생산에 박차를 가할 예정이다.

3세대 박막 태양전지 중 페로브스카이트 태양전지는 효율이 가장 높아, 선도적인 차세대 태양광 소재로 주목받고 있다. 하지만 2026년까지 연간 400조원대 성장이 전망되는 태양광 산업 대부분을 현재 중국의 실리콘 태양전지 벨류체인이 독점하고 있다.

이 같은 구도를 깨기 위해 정부에서는 페로브스카이트 및 실리콘 탠덤 조기 상용화의 강력한 의지를 밝혔고 국내외 유수 기업들의 기술 개발 경쟁이 매우 치열한 상황이다.

지금까지 보고된 페로브스카이트 태양전지 제작 공정의 98% 이상이 습식용액 방식 공정이다. 손쉽게 태양전지를 제작하고 고효율화에 유리하지만, 상용화를 위한 대면적화, 재현성, 공정 안정성 등을 위한 추가 연구가 더 필요하다. 최근에는 OLED 양산 공정에 성공적으로 사용되고 있는 ‘건식 진공증착’ 기술이 주목받고 있다.

하지만 기존 건식 진공증착 공정 기술 또한 페로브스카이트 박막 제작 시 소재가 불안정하고 박막 생성 과정이 매우 복잡하여, 원래의 가장 큰 장점인 공정 정확도를 제대로 확보하지 못했으며, 공정 제어도가 낮아 박막 조성, 두께, 품질 등을 재현성 있게 제작하기 어려웠다.

화학연 연구팀은 페로브스카이트 소재가 박막화되는 특성을 기본 원리부터 분석, 복잡한 과정을 거치는 공정의 제어 방법을 개발했다. 매우 복잡한 박막화 과정을 정확한 비율로 미세하게 조절해 고효율의 태양전지를 안정적으로 생산할 수 있게 된 것이다.

연구팀이 제작한 페로브스카이트 태양전지 대면적 셀.[한국화학연구원 제공]

건식 진공증착의 기술 특성상, 연구 단계에서 제작된 기술만으로도 박막의 크기를 크게 하는 대면적화가 상대적으로 매우 수월하다. 따라서 이번 기술실시계약은 특히 디스플레이 시장에서 양산급 장비 납품 기술력을 가진 진공증착 장비 업체의 노하우와 시너지 효과를 내 차세대 태양광 소재의 상용화에 핵심 역할을 할 것으로 기대된다.

이영국 한국화학연구원장은 “이번 성과는 재생에너지 분야의 핵심 소재를 상용화하기 위한 큰 기술적 관문 중 하나를 통과한 것”이라며 “기술이전을 통해 중소기업에 글로벌 경쟁력을 갖출 수 있는 역량을 심어주고 나아가 국가 에너지 안보에 출연연이 조력하는 좋은 모델이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.