얇고 투명한 필름 형태의 태양전지가 스마트폰, 창문 등 다양한 사물에 부착된 모습
유기 반도체 페로브스카이트 태양전지, 실리콘 태양전지의 한계 극복하며 차세대 에너지원 부상
얇고 유연한 특성으로 건물 벽면, 스마트폰 등 다양한 활용 가능성 제시 수분 안정성 확보가 상용화 관건… 2025년 기준 국내외 기술 개발 경쟁 치열
[부천=환경투데이] 이영수 기자 = 기후 위기 대응을 위한 탄소중립 시대에 '에너지 전환'은 가장 중요한 과제 중 하나입니다. 화석연료를 대체할 신재생에너지의 핵심인 태양광 발전은 이미 우리 삶 곳곳에 자리 잡고 있지만, 설치 공간의 제약과 발전 효율의 한계라는 숙제를 안고 있습니다. 이러한 한계를 뛰어넘어 '꿈의 태양전지'로 불리며 차세대 에너지원으로 주목받는 혁신적인 녹색기술, 바로 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지를 소개합니다.
1. 페로브스카이트 태양전지란?
페로브스카이트는 특정한 결정 구조를 가진 물질을 총칭하는 이름으로, 전자를 잘 흡수하고 전도하는 특성을 가지고 있어 태양전지의 핵심 소재로 주목받고 있습니다. 기존의 실리콘 태양전지가 딱딱하고 무거운 실리콘 웨이퍼를 기반으로 하는 반면, 페로브스카이트는 유기물과 무기물을 결합하여 만든 화합물로, 얇은 필름 형태로 제조할 수 있다는 큰 장점을 가지고 있습니다.
2025년 현재, 페로브스카이트 태양전지의 발전 효율은 실험실 수준에서 26%를 넘어서며, 실리콘 태양전지의 이론적 한계(29%)에 근접한 수준까지 도달했습니다. 이는 기술 개발 초기 단계부터 실리콘 태양전지를 빠르게 추격하며 상용화 가능성을 높이고 있다는 점에서 매우 고무적인 성과입니다.
2. 실리콘 태양전지를 뛰어넘는 혁신적인 장점
페로브스카이트 태양전지가 '게임 체인저'로 불리는 이유는 기존 태양전지의 한계를 극복하는 여러 가지 혁신적인 장점 때문입니다.
높은 발전 효율: 햇빛을 전기 에너지로 전환하는 효율이 매우 높아 실리콘 태양전지 수준에 근접하거나 능가합니다.
낮은 생산 단가: 원료가 풍부하고 공정이 비교적 간단하여 기존 실리콘 태양전지보다 생산 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
얇고 가벼우며 유연함: 잉크처럼 인쇄하거나 코팅하는 방식으로 제조할 수 있어 매우 얇고 가벼우며, 구부러지는 유연성을 가집니다.
다양한 활용 가능성: 이러한 유연성 덕분에 실리콘 태양전지가 설치되기 어려웠던 곡면의 건물 외벽, 스마트폰, 사물인터넷(IoT) 기기, 자동차 지붕, 의류 등 다양한 곳에 부착하여 전기를 생산할 수 있습니다.
특히 2025년 현재는 투명한 형태의 페로브스카이트 태양전지 개발이 활발히 이루어지고 있어, 창문이나 유리벽을 활용한 '건물 일체형 태양광(BIPV)' 시장을 크게 확장시킬 것으로 기대됩니다.
3. 상용화를 향한 과제와 2025년 현재 기술 개발 동향
이러한 장점에도 불구하고, 페로브스카이트 태양전지가 상용화되기 위해서는 몇 가지 해결해야 할 과제가 남아있습니다. 가장 큰 문제점은 **'수분 안정성'**입니다. 페로브스카이트 물질이 수분에 취약하여 시간이 지남에 따라 성능이 저하되는 현상이 발생하기 때문입니다.
이에 따라 국내외 연구진들은 수분에 강한 페로브스카이트 물질을 개발하거나, 수분 침투를 막는 봉지 기술(Encapsulation)을 고도화하는 데 집중하고 있습니다. 2025년 현재, 관련 기술은 빠르게 발전하고 있으며, 이미 일부 연구팀은 10년 이상의 장기 안정성을 확보한 연구 결과를 발표하기도 했습니다.
또한, 태양전지의 면적을 넓힐수록 효율이 낮아지는 문제를 해결하기 위한 기술 개발 경쟁도 치열하게 펼쳐지고 있습니다. 국내에서는 한국에너지기술연구원, LG에너지솔루션, 한화솔루션 등 유수의 연구기관 및 기업들이 페로브스카이트 기술 개발을 선도하며 상용화 시기를 앞당기기 위해 노력하고 있습니다.
4. 녹색환경연합이 바라보는 페로브스카이트의 미래
녹색환경연합은 페로브스카이트 태양전지 기술이 에너지 전환과 탄소중립 목표 달성에 있어 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대합니다. 이 기술이 상용화되면 기존 태양광 발전이 어려운 도심 속 건물 외벽, 유리창 등에 소형 발전소를 설치할 수 있게 되어, 탄소 배출 없는 분산형 에너지 시스템 구축이 가속화될 것입니다.
이는 곧 전기를 생산하고 소비하는 방식에 혁신적인 변화를 가져와, 에너지 자립을 통한 지속 가능한 도시 구현에 크게 기여할 것입니다. '환경투데이'는 앞으로도 이와 같은 혁신적인 녹색기술의 발전 동향을 지속적으로 보도하며, 지속 가능한 미래를 위한 해법을 모색해 나갈 것입니다.