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[이데일리 강민구 기자] 중국이 전 세계 태양광 산업의 공급망을 장악한 가운데 한국이 차세대 태양전지 기술로 시장 판도 바꾸기에 도전한다. 기존 실리콘 태양전지의 한계를 넘어서는 페로브스카이트 3중 접합 기술을 개발해 새로운 시장을 선.하겠다는 전략이다. 건물 외벽과 자동차, 우주 등 다양한 공간으로 태양전지 활용 범위를 넓혀 중국의 저가 공세에 맞설 산업 기반도 마련한다. 신현정 K-문샷 프로그램 태양전지 미션 총괄지휘자(PD)는 최근 한국과학기술연구원에서 진행한 이데일리와의 인터뷰에서 “이미 규모의 경제를 갖추고 시장을 장악한 중국과 실리콘 태양전지로 경쟁하기는 어렵다”며 “우리나라는 차세대 태양전지로 승부해야 한다”고 강조했다. 신 PD는 나노소재와 박막 제조공정, 에너지 변환 소자 등을 연구해 온 소재공학 전문가다. 현재 성균관대 에너지과학과 교수도 겸직하고 있다. 中 시장 규모만 500조원 추산···新기술로 승부봐야 현재 전 세계 태양광 산업의 주도권은 중국이 쥐고 있다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면 중국은 태양광 발전의 핵심 제조 단계에서 전 세계 생산능력의 80% 이상을 차지한다. 대규모 설비투자와 수직계열화를 바탕으로 가격 경쟁력을 확보한 중국 기업들이 글로벌 시장을 주도하고 있다. 신 PD는 중국의 태양전지 시장 규모를 약 500조원으로 추산했다. 그는 “태양전지 시장이 이차전지 시장도 넘어선 상황에서 기존 태양전지 시장에 뒤늦게 진입하기보다 새로운 기술로 경쟁 구도를 바꿔야 한다”고 말했다. 한국이 주목하는 기술은 페로브스카이트다 릴게임바다이야기 . 특정 결정구조를 가진 소재로, 빛을 흡수해 전기를 생산하는 태양전지의 핵심층에 활용된다. 용액 공정 등을 통해 얇은 막 형태로 만들 수 있고, 소재 조성을 조절해 흡수하는 빛의 파장대를 바꿀 수 있다는 장.이 있다. 특히 서로 다른 파장의 빛을 흡수하는 태양전지를 여러 층으로 쌓으면 단일 접합 태양전지보다 더 많은 태양에너지를 전기로 바꿀 수 있다. 이를 다중 접합 기술이라고 한다. 현재 글로벌 기업들이 주목하는 대표적인 방식은 실리콘 태양전지 위에 페로브스카이트를 쌓는 2중 접합 기술이다. 미국과 일본도 차세대 태양전지 기술 확보에 속도를 내고 있다. 미국은 퍼스트솔라 등 자국 태양광 기업을 중심으로 제조시설과 차세대 태양전지 기술에 투자하고 있다. 일본은 정부 지원을 바탕으로 페로브스카이트 태양전지의 양산과 실증을 추진 중이다. 중국 기업들도 기존 실리콘 생산 기반을 활용해 실리콘과 페로브스카이트를 결합한 탠덤 태양전지 개발에 뛰어들었다. K-문샷은 여기서 한발 더 나아간다. 실리콘을 사용하지 않고 서로 다른 파장의 빛을 흡수하는 페로브스카이트 층 세 개를 쌓는 ‘전(全)페로브스카이트 3중 접합’ 기술에 도전한다. 신 PD는 “이미 상용화된 실리콘 태양전지 위에 페로브스카이트를 얹는 방식에서 벗어나 처음부터 페로브스카이트만으로 3중 접합 구조를 구현해 효율을 끌어올리려 한다”고 설명했다. 태양전지 모듈 효율 35% 목표···산업계와 상용화 기반 구축 릴나라주소 핵심 목표는 2035년 보급형 태양전지 모듈의 광전변환효율 35% 달성이다. 연구실의 작은 소자에서 높은 효율을 기록하는 데 그치지 않고, 실제 설치할 수 있는 대면적 모듈에서도 높은 성능을 확보하겠다는 것이다. 태양전지 소자를 여러 개 연결해 모듈로 만들면 전기적 손실과 빛을 흡수하지 못하는 비활성 면적 등이 발생해 효율이 낮아진다. 연구실에서 구현한 고효율 기술을 실제 제품에 적용하려면 대면적 제조기술과 공정 안정성을 함께 확보해야 한다. 상용화까지 해결해야 할 과제도 적지 않다. 페로브스카이트는 수분과 열, 빛 등 외부 환경에 노출되면 성능이 떨어질 수 있다. 대면적에서도 균일한 박막을 만들고 장기간 안정성을 유지하는 기술이 중요하다. K-문샷은 과학을 위한 인공지능(AI for Science)을 활용해 초고효율 소재와 소자, 제조공정 최적화에 나선다. 신뢰성 평가와 실증 인프라도 구축해 연구 성과가 실제 제품과 산업으로 이어지도록 한다는 구상이다. 한국의 지리적 특성도 기술 개발 방향에 반영했다. 중국과 미국은 넓은 부지를 활용해 대규모 태양광 발전단지를 조성할 수 있지만, 한국은 산지가 많고 설치 가능한 토지가 제한적이다. 이에 따라 기존 태양광 패널을 설치하기 어려운 건물 외벽과 창호, 자동차 등 다양한 공간에 적용할 수 있는 가볍고 얇은 태양전지 기술의 활용 가능성에 주목하고 있다. 연구개발과 실증을 연결하는 투자도 추진한다. 핵심 요소기술을 개발한 뒤 대면적 제조·시험 설비를 구축하고 실제 환경에서 성능을 검증하는 방식이다. 바다이야기사이트 AI를 접목해 연구개발 속도도 높일 계획이다. 신 PD에 따르면 초기 연구개발 투자 규모는 연간 약 305억원 수준으로 구상하고 있으며, 별도의 대규모 실증 인프라 투자도 검토하고 있다. 산업계와의 협력도 강화한다. 민간 협의체를 통해 기업의 기술 수요를 반영하고 연구개발과 사업화 사이의 간극을 줄인다는 방침이다. 현재 한화(000880)큐셀, 유니테스트(086390), 주성엔지니어링(036930), HD현대에너지솔루션(322000) 등이 협의체에 참여하고 있다. 응용 분야는 지상 발전을 넘어 우주로도 확장될 수 있다. 가볍고 얇은 페로브스카이트 태양전지는 무게와 공간이 중요한 인공위성이나 우주 데이터센터의 전력원으로도 주목받고 있다. 관련 분야는 핵심 태양전지 미션과 구분해 별도 협력 방안을 논의하고 있다. 신 PD는 한국이 차세대 태양전지 기술을 바탕으로 새로운 산업 주도권을 확보하려면 연구개발 성과를 대면적 제조와 상용화로 연결해야 한다고 강조했다. 그는 “우리나라는 페로브스카이트 분야에서 세계적인 연구 경쟁력을 갖추고 있다”며 “디스플레이(OLED)와 반도체 공정과도 연관성이 있어 대규모 제조설비를 활용하면 우리나라도 충분히 승산이 있다”고 말했다. 신현정 K-문샷프로젝트 PD는 △1967년생 △연세대 요업공학과 학사 △미국 케이스웨스턴리저브대 재료공학 석·박사 △독일 막스플랑크 금속연구소 연구원 △삼성종합기술원 연구원 △국민대 교수 △미국 텍사스대 댈러스캠퍼스 방문교수 △현 성균관대 에너지과학과 교수 △현 성균관대 성균에너지과학기술원 부원장 △현 K-문샷 프로그램 PD(태양전지 미션) 강민구 () 카 파칭코 디시 알