페로브스카이트-실리콘 탠덤(Perovskite-Silicon Tandem) 태양전지는 기존 결정질 실리콘 태양전지의 효율적 한계를 극복하기 위해 두 개의 태양전지를 적층(Stacking)하여 결합한 차세대 초고효율 태양전지입니다.
1. 작동 원리 및 핵심 구조
기존 실리콘 단일 태양전지는 태양광 스펙트럼 중 일부 파장 영역(주로 근적외선)만 효율적으로 흡수하고, 단파장(자외선·청색광) 에너지는 열로 손실되는 단점이 있었습니다. 탠덤 셀은 서로 다른 밴드갭(Bandgap)을 가진 두 광소자를 겹쳐 이 손실을 극복합니다.
상부 셀 (페로브스카이트, Perovskite): 높은 밴드갭(~1.7 eV)을 가져 고에너지 영역인 자외선 및 가시광선(단파장) 영역의 빛을 흡수합니다.
하부 셀 (실리콘, Silicon): 낮은 밴드갭(1.1 eV)을 가져 페로브스카이트를 투과해 들어온 근적외선(장파장) 영역의 빛을 흡수합니다.
결합 구조 (2-Terminal vs 4-Terminal):상·하부 셀을 단일 전류 회로로 직접 연결한 직렬 구조. 공정이 단순하고 모듈화가 용이하여 양산용 표준으로 개발되고 있습니다.
4-단자(4-Terminal):상·하부 셀을 독립적으로 작동시키는 방식. 효율 극대화는 쉬우나 회로 구성이 복잡합니다.
2. 주요 장점 및 한계
구분 | 주요 특징 |
이론 한계 효율 | 실리콘 단일 셀(~29.4%) 대비 최대 44% 수준까지 향상 가능 |
기존 설비 활용 | 기존 실리콘 웨이퍼 공정 라인 위에 페로브스카이트 박막을 추가 증착하여 생산 가능 |
설치 면적 대비 출력 | 동일 면적당 전력 생산량이 약 20~30% 증가하여 도심 BIPV, VIPV 등 입지 제한 극복 |
핵심 과제 (약점) | 수분·열·자외선에 의한 페로브스카이트 재료의 장기 신뢰성/내구성 확보및 대면적 균일 증착 기술 |
3. 기술 개발 현황 및 양산 전망
[연구실 소면적 효율 최고 기록]
연구실 소면적(<1cm²) 기준 최고 효율은 이미 33~34%를 돌파하며 실리콘 단일 셀의 한계치를 넘어섰습니다.
[상용 면적 M10/M12 모듈화 실증]
현재 기술 개발의 중심은 소면적 연구에서 상용 웨이퍼 크기(M6, M10, M12) 및 m² 단위 모듈에서의 효율 유지와 내구성 확보로 이동했습니다.
[양산 로드맵]
2026~2027년:Pilot 라인 가동 및 초기 양산 제품 검증
2028년 이후:본격적인 상업 양산 및 보급 시작 (목표 양산 모듈 효율: 28~30%)
