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[R&D인사이드]①HD현대에너지솔루션 '페로브스카이트-실리콘 탠덤셀' 최근 시장을 선도하는 기술도 한때는 상상에 불과했다. 머릿속에만 존재하던 아이디어를 실험대 위에 올리고 실패를 반복하며 현실로 만드는 사람들이 있다. 그들의 손에서 탄생한 기술은 기업의 경쟁력이 되고 때로는 산업의 방향을 바꿔왔다. 이같은 미래를 준비하는 연구진을 머니투데이가 만나봤다. "탠덤 태양전지는 기존 중국 중심의 기술과 공급망에서 일정 부분 벗어나 국내에 태양광 산업 밸류체인을 새로 구축할 수 있는 소자입니다." 지난달 13일 경기 성남시 분당구 HD현대 글로벌R&D센터(GRC)에서 만난 김태준 HD현대에너지솔루션 R&D(연구개발)부문장은 차세대 태양전지 '페로브스카이트-실리콘 탠덤셀(HJT)'의 의미를 이렇게 정의한 뒤 "페로브스카이트는 반도체·전자재료에 쓰이는 소재로 해당 산업에 강점을 보유한 한국이 독립적인 공급망과 기술력을 확보할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 태양광 공급망의 '게임 체인저'를 개발하고 있다는 자신감과 자부심이 그대로 전해졌다. 그러면서 "2030년 안에는 상용화가 가능한 수준의 내구성을 확보할 수 있는 재료와 공법이 등장할 것"이라고 전망했다. 현재 시중에 설치된 태양광 패널의 90% 이상은 실리콘 태양전지를 사용하는데 여기에 신소재 페로브스카이트를 더하면 성능이 극대화할 수 있을 것으로 보고 있다. 김 부문장은 "이 탠덤셀은 쉽게 말해 태양전지를 두 층으로 쌓는 개념"이라며 "위층이 먼저 강한 빛을 흡수하고 아래층이 남은 빛을 다시 흡수한다"고 설명했다. 이어 "기존 실리콘 중심 셀을 아래에 두고 그 위에 신소재 페로브스카이트를 쌓으면 이론적으로 40%가 넘는 효율을 낼 수 있다"고 말했다. 이론 효율(29%)에 근접한 기존 실리콘 태양전지(25~26%)의 성능을 획기적으로 끌어올릴 수 있다는 얘기다. HD현대에너지솔루션은 2023년부터 이미 보유한 고효율 HJT(헤테로정션) 실리콘 셀에 페로브스카이트를 접목하는 방식으로 탠덤셀 개발에 돌입했다. 초기에는 실리콘 셀 위에 페로브스카이트를 안정적으로 쌓는 공정이 관건이었다. 당시 대다수 기업은 페로브스카이트를 액체 상태로 만들어 실리콘 셀 위에 도포하는 '습식 공정'을 활용하고 있었기 때문이다. HD현대에너지솔루션이 선택한 해법은 발상의 전환이었다. 액체를 바르는 대신 진공 상태에서 재료를 뿌리는 '건식 공정(진공증착)'으로 눈을 돌렸다. 페로브스카이트가 디스플레이 소자와 유사한 준반도체 특성을 가진다는 점에 주목해 디스플레이 산업에서 활용되는 공정을 태양전지에 접목한 것이다. 김 부문장은 "실리콘 태양전지는 표면에 미세한 요철 구조가 있어 습식 공정으로는 넓은 면적에서 균일한 막을 형성하는데 한계가 있다"며 "HD현대에너지솔루션이 디스플레이 패널 양산 경험은 없지만 페로브스카이트가 디스플레이 소자와 같은 준반도체 소자라는 점에 착안해 건식 공법을 태양전지 생산에 적용했다"고 소개했다. 현재는 '페로브스카이트-실리콘 탠덤셀'의 대면적화와 내구성 확보에 공을 들이고 있다. 실제 상용 제품에 사용되는 대면적 웨이퍼에 적용해야 하는데다 장기간 야외에서 꾸준한 성능을 내야 해서다. 김 부문장은 "셀 효율만 높다고 되는 것은 아니고 실제로 여러 장을 연결해서 모듈로 만들었을 때도 성능이 유지돼야 한다"며 "태양광 패널은 20~30년을 써야 하는 제품이기 때문에 내구성이 확보되지 않으면 의미가 없다"고 강조했다. 아울러 "탠덤 기술은 한 기업만의 힘으로 완성할 수 없는 측면이 있어 소재와 장비, 셀 제조 업체가 함께 성장해야 관련 산업이 열릴 것"이라며 "이번 기술이 국내 태양광 산업이 다시 한번 도약하는 계기가 되길 바란다"고 덧붙였다.