[2회] 페로브스카이트(Perovskite) 와 텐덤(Tandem) 태양전지

3. 문제점과 해결방안

전세계 과학계는 페로브스카이트가 8년만에 폴리실리콘 Cell이 100년동안 이룬 광전효율을 따라잡은 것에 대해

감탄하고 있다. 개인적으로도 처음에는 매우 놀라웠지만, 한편으로는 충분히 가능한 결과라 생각된다. 

태양광산업에 대한 투자가 늘었으며, PSC 실험 환경이 폴리실리콘 대비 대중적이고, 투자비가 적다는 점도

여러 대학 및 기업들의 연구를 가속화 시킨 이유일 것이다. 같은 이유 때문에 남아있는 문제점들도 빠르게

해결될 것으로 전망한다. 

 

• 수명 : 수분에 약한 점이 지난 10년간 PSC의 가장 큰 문제점이었다. 업계에서는 Solid-State PSC 개발 및 첨가물 변환으로 태양전지 상용화를 앞당기고 있다. 최근 발표되는 PSC Cell들은 대부분 1,000시간(~10,000시간)의 물성 안정성을 가지고 있다. 심지어 2020년말 상업 개시하는 OXFORD PV의 CTO는 25년간 사용가능 할 수 있도록 물성 엔지니어링을 할 수 있다고 발표했다. 

       * 수분/빛에 의한 수명 감소문제를 첨가제 변화, 원자 구성 변화 등을 통해 해결해 나가는 중

 

• 대형화 및 대량생산 : 대부분 Lab. 단계에서 PSC 용액을 "Spin-Coating"하는 방식으로 생산되는데, 이는 1㎠수준으로 상업화가 어렵다. 상업화를 위해서는 800㎠ 이상의 대면적 크기의 셀을 제조해야 하는데, 이는 "Spray-Painting" 기술이 필요하다. 파나소닉, 유니테스트 및 주성엔지니어링 등이 현재 이 기술을 보유하고 있고, 대면적 Cell생산 시, 광전효율이 16% 수준인 것으로 파악되고 있다. OXFORD PV는 올해말 가동될 텐덤 태양전지에 집중하고 있으며, 15.6㎝ × 15.6㎝ 크기 Cell의 광정효율을 20~22%(기존 폴리실리콘)에서 30%이상(PSC/폴리실리콘 텐덤)으로 목표하고 있다. 장기적으로는 3회 중첩 "Multijunction Cell"(PSC/PSC/폴리실리콘)을 통해 광전효율 40%를 꿈꾸고 있다. 

 

• 납 사용 : 현재 ABX3 구조의 B부분에 납을 사용하고 있는데, 인체에 해로운 물질이다 보니 우려가 있다. 이는 Tin(주석), Na(나트륨), Bi(비스무트) 등으로 대체하는 연구를 진행 중이며, 매우 적은 양인데, 이마저도 납 회수 기술이 정점에 있다. 2020년 8월, 세계 PSC 연구 대학교들이 연합해(한국 5개, 스웨덴, 영국, NREL) PSC 납 회수 기술력을 99.7% 까지 끌어올렸다. 

       * 납 함량 비교 : (PSC Cell) 2mg/Watt, (EV 배터리) 900만mg

 

3. 페로브스카이트 산업전망

• 현재 페로브스카이트는 원가절감이 매우 빠르고, 적용 범위도 매우넓다. 또한 한국화학연구원이 세계 광전효율 1위를 기록하고 있는데, PSC는 가볍기 때문에 해외수출이 용이하며, 생산 시 소비전력이 낮기 때문에 기술력만 있다면 폴리실리콘처럼 해외에 (특히, 중국) 경쟁력을 빼앗기지 않을 것이다.
• 한국 기업들이 글로벌 태양광 모듈 시장에서 약 10% 정도의 점유율을 보이고 있으며, PSC 연구 1위인 점을 감안하면 20% 수준의 시장 점유율을 기대할 수 있을 것이다. 

[페로브스카이트 시장전망]