조만간 새로운 태양광 시대가 열리기까지 얼마 남지 않은 것으로 보입니다.
어느새 중국이 장악해버린 태양전지 시장에서 국내 기술은 점차 위기를 맞게 되었는데요. 태양광 사업이 점차 불확실해지고 중국 업체 중심의 저가 경쟁으로 인해 국내 태양광 산업이 위축되면서 다양한 대응 방안이 필요해졌죠. 이러한 시점에 등장한 차세대 차세대 태양광 에너지의 핵심 소재 ‘페로브스카이트(PSC)’가 있습니다.

[태양전지 기술이란]
태양전지 기술은 광전효과를 이용해 태양의 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전 기술입니다.
이는 태양광 발전의 기본 구성단위인 ‘태양전지→모듈→어레이’ 지만, 관용적으로는 태양광 발전과 동일한 의미로 통용되고 있는데요.
과거에는 실리콘을 주재료로 사용했지만, 제조 공정이 복잡하고 생산단가가 비싸 대량 보급에 한계가 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 새로운 소재, 페로브스카이트가 주목을 받기 시작했죠.

[페로브스카이트의 시작]
지난 2009년, 일본에서 처음으로 페로브스카이트 물질의 태양전지 활용 가능성을 발견하게 되었습니다. 그러나 초기 발전단계다보니, 액체 형태로 효율이 3%로 낮았는데요.
2012년, 성균관대학교 박남규 교수진이 액체를 고체 형태로 바꿔 10%에 가까운 효율을 선보이게 되었죠. 그 때부터 페로브스카이트의 가능성이 열리게 되었습니다.

[페로브스카이트 태양전지]
지금껏 개발된 태양전지의 종류로는 염료 감응형과 유기형이 있습니다.
염료 감응형 태양전지는 투명하게 만들 수 있어 창문 자체를 태양전기로 만들 수 있습니다. 반면 유기 태양전지는 유연성이 좋아 웨어러블 기기로 만들 수 있지만 효율이 15%로 낮다는 단점이 있죠.
현재로써는 실리콘 태양전지가 가장 많이 쓰이고 있으며, 태양 빛을 전기로 전환하는 효율이 무려 20%로 성능은 좋지만 생산 단가가 비싸다는 단점이 있습니다.
무려 페로브스카이트 전지에 비해 약 3배~8배 수준입니다.

페로브스카이트는 유기·무기 소재의 장점을 모두 가진 하이브리드 소재인데요.
두 종류의 양이온과 한 종류의 음이온이 1:1:3의 비율로 규칙적인 결정을 이루는 물질을 통칭하는 말입니다.
빛을 흡수하는 가장 뛰어난 물질로 알려졌으며 LED 화면이나 X-ray를 만드는 곳에도 활용되고 있죠.

빛을 받아서 전기를 만들어내는 페로브스카이트는 빛을 매우 잘 흡수하는 성질로, 내부의 전자를 들뜨게하고 전자가 이동하면서 전하가 생기면 전기가 발생되는 원리인데요.
페로브스카이트는 넓은 스펙트럼의 빛을 흡수할 수 있고, 출력도 높습니다.
더불어 태양 에너지를 전기 에너지로 전환해야 하기 때문에, 페로브스카이트 내부에서 전하가 얼마나 유실되지 않고 외부로 추출할 수 있는지가 중요한데요.
전하 이동 능력이 우수할 뿐더러, 재결합으로 유실되지 않는 우수한 특성을 가지고 있습니다.
또한 습기에 약한 소재라는 단점을 보완하기 위해, 습기를 차단하는 ‘봉지막 기술’을 개발하는 등 다양한 연구가 진행되고 있습니다.

이제 PSC는 실리콘 태양전지의 변환효율과 비교해도 문제 없는 수준이 이르렀습니다.
단기간에 세계 최고 수준의 효율을 달성하면서 기존 태양전지의 효율성과 비싼 단가 등의 한계를 극복해내고 있는데요.
페로브스카이트 태양전지는 아직 상용 기술에 비해 발전단가가 높고, 시장 수요가 국내 산업에 영향을 미칠 수준으로는 도달하지 못 한 수준입니다. 다만 지속적인 투자와 발전을 통해 성공적인 태양광 산업에 기여할 수 있길 바라봅니다.

 

내용 출처
한국과학기술기획평가원, 페로브스카이트 태양전지

미지 출처
– 게티이미지뱅크(www.gettyimagesbank.com)