- 세계 최고 에너지 국책 연구기관인 독일 헬름홀츠 베를린 재료·에너지 연구소(HZB) 등 유럽 유수 기관과 글로벌 컨소시엄 구성

- 초경량 유연 다중접합 태양전지 공동 연구로 초고효율 달성 기대

- 수소, 이차전지, 촉매 분야 등 청정 에너지 기술 전반으로 글로벌 협력 강화

□ 한국에너지기술연구원(이하 ‘에너지연)이 유럽 유수의 산·학·연과 어깨를 나란히 하고 탄소중립 기술 개발을 위한 국제 협력에 나선다.

■ 에너지연은 유럽연합(EU) ’호라이즌 유럽‘ 프로그램 중 고성능 유연 탠덤 태양전지 기술선도를 위한 컨소시엄에 공식 선정돼 탄소중립 기술혁신을 위한 협력 연구에 착수한다.

□ ‘호라이즌 유럽’은 1984년부터 시작된 유럽연합 다자 연구혁신 재정 지원 사업으로, 개별 회원국이 추진하기 어려운 연구혁신 사업을 유럽연합 차원에서 추진함으로써 유럽의 자체 과학기술 역량과 추진력을 확보하고 유럽 연구자 간 결속을 추진하는 사업이다. 우리나라는 ‘22년 2월에 호라이즌 유럽 준회원국 가입 의향을 전달한 바 있으며, `23년 5월 한-유럽연합 정상회담을 계기로 본격적인 가입 협상을 진행하고 있다. 

■ 컨소시엄에는 독일 최대 국책 연구조직인 헬름홀츠 연구회 산하 헬름홀츠 베를린 재료· 에너지 연구소*(이하 ‘HZB’)를 비롯해 유럽의 산·학·연 13개 기관이 참여하고 있으며, 지난 1월 17일~18일 양일간 오스트리아 인스브루크에서 착수회의를 갖고 구체적인 연구전략 방향을 논의했다.

* HZB(Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie): 독일 4대 연구회 중 하나이자 최대 연구조직인 헬름홀츠연구회 산하, 소재 및 에너지 분야 전문연구조직으로 2022년 12월 탠덤 태양전지 32.5% 변환효율을 달성하는 등 차세대 태양전지 기술 분야를 세계적으로 선도하고 있음. 국내 최대 태양광 기업인 한화큐셀과도 탠덤 태양전지 기술개발 협력 중이며 태양광 분야 뿐만 아니라 수소, 에너지 소재 등 탄소중립 기술 분야를 선도하는 글로벌 TOP 연구기관

[사진자료] 1/17~18 오스트리아 현지 착수회의 사진

□ 컨소시엄이 추진하는 ‘SOLMATES*’ 과제는 통상의 단일접합 태양전지가 가진 효율의 한계와 한정적인 사용 환경을 동시에 극복하는 ‘초경량 유연 태양전지 개발’을 목적으로 `23년 12월부터 3년간 수행된다.

* SOLMATES: Scalable High-power Output and Low cost MAde-to-measure Tandem Solar Modules Enabling Specialized PV Applications(국문 과제명: 사용처 다변형 고출력 탠덤 태양광 모듈 기술)

총괄기관은 Universitat Innsbruck(오스트리아)이며, 독일 Helmholtz-Zentrum Berlin fur Materialien und Energie GmbH (HZB)와 네덜란드 Nederlandse organisatie voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek(TNO)가 주축이 된 컨소시엄으로 운영.

에너지연은 핵심 참여기관인 HZB와 함께 ‘다중접합 태양전지용 초경량 유연 하부 태양전지 고도화‘에 참여

■ 과제의 핵심은 초경량 유연 다중접합 태양전지* 개발이다. 연구진은 CIGS* 박막과 페로브스카이트* 박막을 순차적으로 적층하는 구조를 집중 연구해 초고효율을 달성할 계획이다.세계적으로 활발히 연구되고 있는 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지의 경우 이미 HZB를 비롯한 선도 기관에서 30% 이상의 초고효율을 달성했으나 초경량 유연 박막으로는 달성된 바 없어, 이번 과제를 통해 초고효율을 달성할 수 있을 것으로 기대된다.

* 다중접합(탠덤) 태양전지: 단일 접합 태양전지의 한계 효율(<30%)을 극복하기 위해 두개 이상의 서로 다른 밴드갭을 가진 태양전지를 적층해 빛의 이용률을 높인 태양전지.

* CIGS: 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄을 기본 원소로 이루어진 화합물(Cu(In,Ga)Se2) 반도체로 빛을 흡수하는 특성이 뛰어나 박막형 태양전지에 적합한 물질

* 페로브스카이트 태양전지: 두개의 양이온(A,B)과 하나의 음이온(O)이 결합된 페로브스카이트(ABO3) 구조를 지니는 화합물을 광흡수층으로 이용하는 태양전지

□ 에너지연은 세계 최고 수준의 유연 CIGS 박막 태양전지 기술과 페로브스카이트 태양전지 기술을 보유하고 있으며 이를 접합한 4단자형* 페로브스카이트, CIGS 탠덤 태양전지로 24.5%의 고효율도 달성한 바 있다. 이 외에도 태양광 분야의 우수 연구 성과가 PV 매거진 등 해외 저명 매체를 통해 수차례 보도돼 기술력을 세계적으로 인정받고 있으며, 컨소시엄의 요청을 받아 참여를 결정했다.

* 4단자형: 탠덤 태양전지 구조에 관련된 용어. 상하부셀이 일체형으로 제작되어 2개의 단자가 외부로 노출되는 구조를 2단자형, 상하부셀이 독립적으로 작동해 총 4개의 단자가 외부로 노출되는 구조를 4단자형이라고 함.

□ 특히, 컨소시엄에 함께 참여하는 HZB는 에너지연과 지난 10여 년 간 박막 태양전지, 우주용 경량 태양전지 등의 분야에서 인력교류, 논문 공동게재 등을 통해 파트너쉽을 축적해 왔으며, 이번 컨소시엄에서도 하부셀 고도화와 상부셀 적층기술 개발을 위해 협업할 예정이다.

■ 에너지연 이창근 원장은 “국가전략과 정책방향에 부응하는 이번 호라이즌 유럽 협력사업을 통해 글로벌 TOP기관인 HZB를 비롯한 유럽 선도기관들과 네트워크를 강화하고, 탄소중립 기술혁신에 기여하겠다.”며, “이를 계기로 한국-유럽 협력관계를 공고히 하고, HZB와도 수소, 이차전지, 촉매 분야 등을 포함한 청정 에너지 기술 전반으로 업무협력 네트워크를 확장하고 발전시킬 계획”이라고 전했다.

□ 컨소시엄에 참여하고 있는 에너지연 곽지혜 태양광연구단장은 “태양광 기술은 탄소중립 구현에 가장 중요한 분야로 중국의 경쟁과 기술적 제약, 다양한 응용 분야에서의 필요성 등을 고려해, 과기정통부의 '탄소중립 기술혁신 추진전략'에서 핵심기술로 지정된 바 있다.” 며, “이번 협력 사업은 고성능, 초경량, 유연 다중접합 태양전지 기술을 개발해 민간과 국방·우주·항공 분야를 포함한 다양한 분야에서 활용돼 차세대 태양광 시장 개척의 시금석이 될 것.”이라고 포부를 밝혔다.

□ 한편, 에너지연과 HZB는 추후 양자 간 업무협약으로 보다 구체화된 기술개발 협업체계 방안을 마련해 실질적인 협력을 강화해 나갈 예정이다.