▲ 한화큐셀이 연구 중인 페로브스카이트-결정질 실리콘 탠덤 셀 시제품

한화솔루션이 고효율 셀의 연구개발과 생산능력을 확대해 미국과 유럽 등 글로벌 시장에서 태양광 기술 리더십을 강화, 10년 이상 태양광 셀 기술에 지속적으로 투자해 확보한 역량으로 차세대 제품을 생산, 글로벌 톱-티어(Top-tier)로서의 기술적 우위 유지에 나선다.

한화솔루션은 한화큐셀 충북 진천공장에서 ‘기술 로드맵’을 12일 공개했다.

한화큐셀은 기존 퍼크(PERC)셀 보다 1%p 이상 효율을 향상시킨 탑콘(TOPCon)셀을 2023년 4월부터 상업 생산하고, 2026년 6월에는 차세대 태양광 기술인 페로브스카이트 기반의 탠덤 셀도 양산할 계획이다.

현재 세계 태양광 시장의 90% 이상을 차지하는 퍼크 셀은 후면에 반사막을 삽입해 빛을 반사시켜 발전 효율을 높인 제품으로 평균 효율은 약 23%이다. 탑콘은 셀에 얇은 산화막을 삽입, 기존보다 발전 효율을 약 1%p높아, 현재 시제품의 효율은 약 24.4%가 나온다.

셀의 효율이 올라가면 모듈 설치 면적 대비 전력 생산량이 늘면서 작은 면적에서도 많은 전력을 생산할 수 있다.

한화솔루션은 지난해 11월부터 연 300MW 용량의 탑콘 셀 파일럿 라인을 가동 중이다. 지난 5월에 총 1,800억원을 투자해 한국공장의 셀 생산 능력을 기존 연간 4.5GW에서 5.4GW로 확대하는 계획도 발표했다.

이 중 1,300억원이 탑콘 셀 양산을 위한 라인 전환과 설비 도입에 쓰여, 4월부터는 연간 3.9GW의 퍼크 셀과 1.5GW의 탑콘 셀을 생산할 수 있게 된다.

한화큐셀 최경덕 운영팀장은 "“콘 셀 제조 공정은 기존 퍼크 셀 제조공정과 호환성이 높아, 이미 대규모 퍼크 셀 제조라인을 보유한 진천공장에서 제조하기에 적합한 제품이다”라고 설명했다.

한화큐셀은 내년 상반기 양산 예정인 탑콘 셀을 활용해 연간 20~30%의 성장이 예상되는 미국 태양광 시장을 집중 공략할 계획이다. 이에 진천사업장의 태양광 수출액은 올해 약 1조7,000억원에서 내년에는 2조원을 훌쩍 넘어설 것으로 기대하고 있다.

한국의 재생에너지 시장이 상대적으로 위축되는 상황에서 한국에서 생산한 탑콘 셀을 활용해 만든 고효율의 모듈 제품으로 미국의 주거 및 상업용 시장점유율 확대에 나서겠다는 것이다.

특히 최근 미국에서 태양광과 풍력 등의 미국 내 재생에너지 시장을 확대하는 내용이 포함된 산업 진흥 정책인 IRA(인플레이션 감축법)가 통과되면서, 내년 하반기에 미국 조지아 공장에서 3.1GW(현재 1.7GW)의 모듈 생산량을 확보하게 되는 한화큐셀은 새로운 성장 모멘텀을 맞을 전망이다.

한화큐셀은 탑콘 이후의 차세대 셀인 페로브스카이트 기반의 탠덤 셀도 2026년 6월 양산을 목표로 R&D를 진행 중이다. 지난 3월에는 독일 헬름홀츠 연구소(HZB)와 협력해 최대 28.7% 효율의 기록한 탠덤 셀을 개발해 자체 최고 효율을 기록하기도 했다.

탠덤 셀은 상부 셀과 하부 셀을 연결해, 상부 셀에서는 페로브스카이트가 자외선이나 가시광선 등 단파장의 빛을 흡수하고, 하부셀에서는 실리콘이 적외선 등 장파장의 빛을 흡수한다. 위아래 층에서 서로 다른 영역대의 빛을 상호 보완적으로 흡수해 효율을 극대화하는 방식이다.

탠덤 셀의 실제 양산 시 효율은 35%에 이를 것으로 예상된다. 재생에너지 학계에서는 기존 퍼크 및 탑콘 등 실리콘 기반의 셀의 발전 효율한계가 이론적으로 최대 29% 수준을 넘어서기 어렵다고 보고 있다.

이에 태양광 업계에서는 차세대 태양광 시장 기술을 선점하기 위해 완전한 페로브스카이트 셀의 중간단계로 ‘페로브스카이트-실리콘’ 기반의 탠덤 셀 개발과 상용화를 위한 경쟁이 치열하다.

페로브스카이트는 실험 단계에서 압도적인 효율을 보이지만 열과 습기에 취약해 온도의 공정을 거쳐야 하는 상용화 단계에서는 생산에 어려움이 있다. 한화큐셀은 2020년에 탠덤 셀 국책 과제 연구기관으로, 2021년에 탠덤 셀 기반 모듈 공정 국책 과제의 연구기관으로 각각 선정되며 국내 탠덤 셀 연구를 선도해왔다.

한화솔루션 큐셀 부문 양병기 개발팀장은 “기존 셀 대비 최대 2배 이상의 발전 효율을 가진 탠덤 셀 연구개발에 집중해 미래 태양광 시장에서도 기술 격차를 통한 글로벌 선도 기업으로 자리매김할 것” 이라고 말했다.