- 국내 최초 태양전지 소자 전류-전압 특성곡선 및 분광응답도 측정에 관한 KOLAS 공인시험기관 자격 획득 및 국제시험소상호인정협정(ILAC-MRA) 가입

- 차세대 탠덤 태양전지 기술의 신뢰성 확보를 위한 초석 마련

□ 2050 탄소중립 실현을 위한 10대 핵심 기술 중 하나인 태양광은 ‘재생에너지 3020’ 정책과 함께 빠른 성장을 보이며, 탄소중립 시대에는 중요성이 더욱 커질 전망이다. 이에 국내에서는 다양한 태양전지를 개발하고 효율을 높이기 위해 노력하고 있다.

□ 하지만 태양전지에서 가장 중요한 효율의 국내에서의 측정값은 그동안 국제무대에서 인정받지 못했었다. 엄격한 기준에 부합하고 성능을 정확히 측정할 수 있는 공인자격을 가진 기관이 없어서였다. 그런데 이번에 국내 연구원이 태양전지 소자에 대한 신뢰성 있는 측정기술을 확보해 국제무대에서 인정받기 위한 공신력 있는 공인시험기관으로서의 발을 내딛었다.

■ 한국에너지기술연구원(김종남 원장)은 국내에서도 국제 수준에 부합하는 태양전지 소자 전류-전압(IV) 특성곡선 측정 표준(KS C IEC 60904-1:2009, 효율 측정)과 태양전지 스펙트럼 응답도 측정 표준(KS C IEC 60904-8:2015, 태양광 파장별 응답성 측정)에 대해 KOLAS* 공인시험기관 자격을 획득했다고 밝혔다.

* KOLAS(Korea Laboratory Accreditation Scheme; 한국인정기구) : 대한민국의 “국가표준기본법”에 의거해서 설립된, 국제 기준에 부합하는 인정제도를 운영하는 기구로서, 기구 산하의 공인시험 및 교정 기관에 대한 신뢰성을 국제적으로 인정받아, 현재는 아시아태평양시험소상호인정협정(APLAC-MRA) 및 국제시험소상호인정협정(ILAC-MRA)에 가입이 된 상태. 따라서 국내에서 행해진 시험·교정의 결과를 국제적으로 인정받을 수 있도록 하는 가교 역할을 하고 있다.

□ 태양전지 셀을 만들 때 효율이 가장 중요한 문제가 된다. 모듈이나 시스템과는 달리 셀 분야는 다양한 기술을 적용한 새로운 연구도 많고 그 원리 또한 복잡하기 때문에 셀 효율에 대한 세밀하고 정확한 측정이 매우 어려운 과제였다. 그동안 국내 많은 기관들은 스스로 측정한 수치를 제출하고 사용했는데, 이러한 수치는 국내에서만 통용되었을 뿐 국제적으로 인정받지는 못했다.

■ 하지만 이번에 에너지연이 KOLAS 공인시험기관 자격을 획득함으로서 국내에서도 세계복사기준(World Radiometric Reference) 및 국제단위계(SI unit)에 비교하여 교정된 기준기들을 이용한 태양전지 소자 광변환 효율 측정이 가능하게 됐다. 이로써 태양전지 셀 효율 측정과 관련해 국제적으로 매우 큰 신뢰도를 얻게 되어 우리나라의 태양전지 광변환 효율 측정 기술도 세계적인 수준임을 대내외에 널리 알리게 됐다.

□ 태양전지의 성능과 가격을 결정하는 태양전지 셀의 성능지표는 IEC 규격에서 제시하는 특정한 스펙트럼의 빛에 태양전지를 노출시킨 후, 태양전지가 출력하는 전류-전압 특성을 측정해 도출한다. 연구진은 태양전지의 면적 및 전류-전압 특성을 정확하게 측정하고, 이를 토대로 태양전지의 광변환 효율을 정확히 계산해낼 수 있다.

□ 태양광은 파장의 길이에 따라 크게 적외선, 가시광선, 자외선 등 여러 종류의 빛이 있다. 하지만 태양광 발전은 입사되는 모든 빛을 활용하지 못하고 특정 영역대의 빛 에너지만이 전기에너지로 변환된다. 태양전지의 스펙트럼 응답도는 셀이 태양광의 스펙트럼 중 어떤 빛을 얼마만큼 흡수해서 전류를 만들어내는지를 파장별로 측정한 데이터로써, 이를 통해 태양전지의 다양한 특성 분석이 가능하다.

■ 에너지연은 이번에 획득한 태양전지 소자 측정분야의 KOLAS 공인시험기관 자격을 바탕으로, 산·학·연에서 지속적으로 요구하는 태양전지 소자 광변환효율 측정 서비스를 더 높은 신뢰도로 제공할 수 있을 것으로 기대한다. 이와 동시에, 지난해 말 신규 착수한 KETEP 신재생에너지기술개발사업 “차세대 페로브스카이트/결정질 실리콘 탠덤 태양전지 효율측정 기술 국산화 개발” 수행을 통해, 차세대 기술로 가장 주목받고 있는 실리콘/페로브스카이트 이중접합 태양전지에 대한 측정 및 평가 기술도 완벽히 구현할 계획을 갖고 있다.

■ 연구책임자인 안승규 박사는 “KOLAS 인정 시험기관 자격을 획득하는 것은 자동으로 ILAC-MRA*에 가입된 시험소가 되는 것을 의미하므로, 이제 태양전지 소자 측정 분야에서 해외의 선도 시험기관들과 대등한 조건으로 상호 비교시험을 수행할 수 있게 되었다.”며, “향후 지속적인 상호 비교시험을 통해 측정기술의 신뢰성을 향상시켜 국제적으로 태양광분야 산·학·연 연구자들에게 인정받는 입증된 기관으로 발돋움하기 위한 초석을 마련하겠다.”고 말했다.

* ILAC-MRA(International Laboratory Accreditation Cooperation-Mutual Recognition Arrangement; 국제시험소상호인정협정) : 교정·시험·검사기관이 발행한 성적서의 국제간 상호인정 협정

■ 곽지혜 재생에너지연구소장은 “KOLAS 자격을 획득한 태양전지 셀에 대한 평가 기술은 국내 최초이자 유일한 것으로 10여 년 전 미국·독일·일본 등 태양광 측정기술 선진국과 대등한 수준으로 확보한 ‘1차 기준 태양전지 교정기술’을 근간으로 꾸준히 연구에 매진해 이뤄낸 것”이라며, “페로브스카이트 태양전지나 양면수광형 태양전지 등 기존 상용 태양전지와 다른 특성을 갖는 새로운 형태의 소자에 대한 측정들도 본 기술 없이는 신뢰성을 담보할 수 없다. 국내 연구진들이 고효율 탠덤 태양전지 혁신기술 개발로 탄소중립 구현을 앞당기는데 크게 기여할 수 있도록 현재 수행 중인 ‘태양광 양산성 검증과 차세대 기술개발을 위한 100MW급 파일럿 라인 기업 공동활용 연구센터’ 구축 사업(연구책임자 윤재호 태양광연구단장; 산업통상자원부 지원)과 연계해 향후 해외 선진기관과의 국제협력으로 차세대 태양전지 성능측정평가의 국제적 신뢰성을 확보할 계획”이라고 밝혔다.

□ 한편 이번 연구는 산업통상자원부 한국에너지기술평가원 에너지기술개발사업의 지원을 받아 수행 중에 있다.