□ 유리에 ‘페로브스카이트’ 용액 도포
□ 투명도 조절 방식으로 효율성 확보
□ 도심서 자체 전력 생산…수요 대응
□ 실리콘 태양전지보다 경제성 뛰어나
□ 연내 파일럿 양산·내년 상용화 단계

아파트·빌딩과 같은 건물 유리창을 통해 전기를 생산하는 시대가 다가왔다. 한국전력 전력연구원이 차세대 태양광으로 불리는 ‘페로브스카이트’ 태양 전지 기술을 접목한 ‘유리창호형(건물일체형) 태양전지 기술’ 개발이 막바지에 돌입하면서다. 전력연구원은 연내 파일럿 양산에 돌입한 후 내년부터는 상용화 단계에 돌입하겠다는 목표다.

지난 4일 대전광역시에 위치한 전력연구원에서는 신재생에너지연구소 페로브스카이트프로젝트팀 연구원들이 페로브스카이트 연구에 한창 몰두하고 있었다. 페로브스카이트는 기존 실리콘 태양전지와 달리 간단한 용액 공정을 통해 손쉽게 만들 수 있어 차세대 태양전지로 각광 받고 있다. 유니스트(UNIST)·한화큐셀 등 국내 굵직한 기관 및 기업들도 페로브스카이트 연구에 나서고 있다. 한화큐셀의 경우 페로브스카이트 연구에 약 1000억원 투자를 단행하기도 했다.

페로브스카이트 태양전지는 두 개의 유리 사이에 페로브스카이트 물질을 넣어 전기를 생산하는 것이다. 이 페로브스카이트를 얼마나 균일하게 도포하느냐가 기술 핵심이다. 페로브스카이트 두께에 따라 유리 투명도를 조절하고, 투명도에 따라 효율성도 결정된다. 투명해질수록 효율이 낮아진다.

전력연구원이 개발 중인 유리창호형 태양전지 발전시스템은 현재 대두되고 있는 재생에너지의 편중화를 해결해 전력 수급 불균형을 해소할 핵심 기술로 꼽힌다.

주로 대형 발전소는 해수를 사용하기 때문에 도심에서 떨어진 지역에 세워지는데, 이로 인해 전력 수요가 많은 서울 등은 전기가 부족한 상황이다. 따라서 송·변전망을 구축해 전력이 남는 곳에서 전력이 부족한 곳까지 전기를 끌어와야 하는데, 송·변전망 구축이 더뎌지면서 전력수급 불균형이 일어나고 있다. 전력연구원의 이 기술은 도심에 설치가 가능해 전력 소비처에서 생산과 소비를 동시에 유도해 에너지 효율화를 향상시킬 수 있다. 도심에서 쓸 전력을 도심에서 자체 생산하겠다는 것이다.

특히 이 기술은 국내·외 연구들과 다른 ‘PIN(역구조) 방식’이다. 전력연구원이 PIN구조 방식을 채택한 것은 NIP(정구조) 방식보다 안정성과 경제성이 뛰어나기 때문이다. 노용진 선임연구원은 “공정 과정에 있는 증착 기술이 이미 상업화된 기술이기에 양산하는 데 더 적합하다고 판단했다”고 설명했다.

또 실리콘 태양전지보다 효율성 및 경제성이 뛰어나다. 전력연구원은 5X5㎠ 크기 모듈에서 19.8%의 효율을 달성했는데, 일반적으로 가정이나 산 등에서 볼 수 있는 실리콘 태양전지는 21% 내외 효율을 기록하고 있다. 전력연구원의 페로브스카이트 태양전지를 활용하면 지금보다 더 넓은 면적에 설치해 더 많은 전기를 생산할 수 있다. 전력연구원의 최종 목표는 15X15㎠ 모듈에서 18% 이상 효율을 달성하는 것이다. 이 모듈이 완성되면 전력연구원은 100개의 모듈을 붙여 1.3X1.3㎡ 크기의 모듈을 만들겠다는 계획이다. 이렇게 되면 총 20㎾(킬로와트) 규모가 된다.

특히 전력연구원은 독성 물질을 사용하지 않는 ‘무항용매 공정 기술’을 이용해 대면적 1㎠ 이상의 페로브스카이트 태양전지에서 21.29%의 효율을 달성했다. 이는 무항용매 공정으로 제조한 페로브스카이트 태양전지 중 현재까지 가장 높은 효율이다.

전력연구원은 세계 최초로 유리창호형 대면적 반투명 페로브스카이트 모듈 제작 시스템 설계 및 모듈 제조 시스템 구축했다. 올해 말 파일럿 라인을 설치·가동한 후 내년부터 협력사를 통해 상용화 단계에 돌입하겠다는 계획이다. 내년 시제품 현장 평가를 위해 20㎾급 규모 이상의 유리창호형 태양전지 발전시스템을 구축해 실증에 들어간다. 2030년에는 본격적인 상용화가 가능할 전망이다.

이중호 전력연구원장은 “전력연구원의 유리창호형 반투명 페로브스카이트 태양전지 기술을 실증 및 상용화하여 온실가스 감축을 통한 탄소중립 실현에 기여할 것”이라고 말했다.