[리포트·정보] 페로브스카이트·차세대 태양 전지 / 한화솔루션
안녕하세요 🖐🖐🖐
주린이 루루입니다 😆😆
이번에는 메리츠증권에서 페로브스카이트에 대한 리포트를 소개해드리겠습니다. 해당 리포트 전문은 글 하단에서 확인 가능하십니다.
차세대 태양 전지 ‘페로브스카이트’(매일경제)
현재 전 세계 태양광셀 시장 내 90% 비중을 차지하고 있는 실리콘계 태양광 셀의 이론 효율 한계는 29%인데 페로브스카이트를 활용한 탠덤셀의 이론상 최대 효율은 44%에 달하는데 페로브스카이트는 고체 전해질 개발과 함께 안정성이 개선되었고 '17년에 광전 효율이 20%까지 개선되며 본격적인 연구 개발이 시작되었다. 현재 울산과학기술원이 보유한 페로브스카이트 태양전지 25.5%의 효율성은 폴리실리콘 전지의 최대 효율인 26.1%와 비교 시에도 크게 뒤쳐지지 않는다.
지난 12월 유상 증자를 발표한 한화솔루션은 페로브스카이트를 활용한 탠덤셀 연구 개발을 진행중이다. 탠덤셀은 기존의 실리콘 태양광 셀 위에 차세대 태양 전지로 불리는 페로브스카이트를 쌓는 형태로 만들어진다. 실리콘 셀이 태양의 장파장을 흡수하고, 페로브스카이트가 단파장을 흡수하기 때문에 기존 셀 대비 높은 효율을 얻을 수 있으나 실리콘계 대비 높은 광전 효율에도 불구하고 내구성이 약하다는 단점 때문에 상용화가 미진했다. 첨가 물질의 대부분이 흡습 성질을 가지고 있어 야외에 설치해야 하는 태양 전지의 특성상 사용이 부적합했기 때문인데 지난 9월 UNIST가 개발한 '유기공정 수송층 물질'을 통해 수분에 취약하다는 단점이 개선되었고 페로브스카이트 태양 전지는 곡선에 부착할 수 있다는 장점을 가지고 있어서 자동차의 곡선에 적합하기 때문에 향후 다양한 전기차 모델에 활용될 가능성이 높다.
차세대 태양 전지 소재로 주목 받고 있는 ‘페로브스카이트’
페로브스카이트를 활용한 탠덤셀의 이론상 최대 효율은 44%로 가장 중요한 것은 태양 전지의 효율성을 높이는 일이다. 현재 전 세계 태양광 셀 시장 내 90% 비중을 차지하고 있는 실리콘계 태양광 셀의 이론 효율 한계는 29% 수준인데 ‘페로브스카이트’라는 신소재를 결합한 새로운 모듈인 탠덤 셀의 이론상 최대 효율은 44%에 달해 미래의 태양광 모듈로 관심을 받고 있다. 2000년도 초반에 처음 개발된 페로브스카이트는 기술적 한계로 상용화가 미진했지만 최근 태양광 시장 내 1위인 한화솔루션이 차세대 태양 전지로 주목하였고 이번 유상증자 대금 가운데 약 1조원은 태양광 사업에 투입되는데, 태양광 모듈 제조 분야에서 중국 기업과의 기술 격차를 벌이기 위해 페로브스카이트 등 차세대 태양광 소재의 연구 등에 활용될 예정이다.
페로브스카이트란
국내 UNIST가 달성한 페로브스카이트 전지 효율성 25.5%으로는 실리콘계 전지 최대 효율에 근접했다는 사실로 뉴스에 많이 언급 되었는데 페로브스카이트는 전기 전도성이 뛰어난 결정 구조를 갖고 있는 소재로 일반 태양 전지처럼 빛을 받으면 전자를 생성해 전기를 생산한다. 페로브스카이트는 2009년에 처음 태양 전지로 활용되었는데, 당시 효율성은 3.8%에 불과했고 전해질로 액체를 사용해서 안정성이 낮아 상용화 가능성이 미미했으나 2012년 고체 전해질을 사용해 안정된 페로브스카이트 태양 전지가 개발되었고, 2017년에 페로브스카이트 태양 전지의 광전 효율(태양광 발전의 효율성)은 20%까지 향상 되었다. 미국 국립재생에너지연구소(NREL)는 현재 개발 중인 태양 전지 효율을 개발 기관과 함께 연도별로 표현하고 있는데, 페로브스카이트는 어떤 태양전지보다 가파르게 효율이 상승하고 있으며 현재 세계 최고 효율은 울산과학기술원이 달성한 25.5%로 폴리실리콘 전지의 최대 효율인 26.1%와 비교해도 크게 뒤쳐지지 않는다.
한화솔루션의 탠덤셀
‘페로브스카이트(단파장)+실리콘 태양광 셀(장파장)’ 방식으로 효율성을 개선한 한화솔루션 산하의 한화큐셀은 페로브스카이트를 활용한 탠덤셀 연구 개발을 진행 중이다. 탠덤셀은 기존의 실리콘 태양광 셀 위에 차세대 태양 전지로 불리는 페로브스카이트를 쌓는 형태로 만들어지는데 페로브스카이트가 태양의 '단파장'을 흡수하고, 실리콘 태양광 셀이 '장파장'을 흡수하는 만큼 장파장 위주로 흡수하던 기존 실리콘 태양광 셀 대비 높은 효율을 얻을 수 있다. 한화큐셀이 개발하고 있는 탠덤셀 가격은 기존 실리콘 태양광 셀 대비 다소 높지만 효율이 좋아지는 만큼 가격 경쟁력 차원에서는 우위가 있으며 실리콘 태양 전지는 폴리실리콘을 1,000도가 넘는 전기로에서 녹여 웨이퍼를 뽑아낸 뒤 전지 로 제조하는 반면 페로브스카이트는 200도 안팎이면 성형이 가능해, 전기 비용이 원가의 50%에 달하는 모듈 제조에 있어 제조 비용 절감 효과가 있다.
페로브스카이트의 단점
페로브스카이트는 기존 실리콘계 태양 전지에 비해 우수하지만 수분에 취약하다는 단점이 있다. 태양 전지의 효율을 높이기 위해 첨가하는 물질들 대부분이 흡습 성질을 가지고 있어, 공기 중의 물기를 흡수해 태양 전지의 내구성을 떨어뜨리는 것이다. 태양 전지는 건물 옥상 등 야외에 설치하기 때문에 수분에 취약한 것은 상용화의 걸림돌로 작용해왔지만 지난 9월 울산과학기술원(UNIST)과 한국에너지기술연구원이 개발한 ‘유기 정공 수송층 물질’로 페로브스카이트 태양 전지의 단점을 극복할 수 있게 되었다. 연구팀의 측정 결과 공인 인증 24.62%의 광전 효율을 보였으며, 습한 환경에서도 기존 성능 대비 87%의 성능을 유지했다
곡선에 부착이 가능해 활용 분야 다양화
폴리실리콘계 태양전지는 기판을 딱딱한 유리로 포장하기 때문에 형태가 제한적인 반면 페로브스카이트 태양 전지는 휘어질 수 있고 기존의 유연한 형태의 태양 전지는 고온 처리가 어려워 광전 효율이 낮았지만 지난 11월 한국화학연구원이 개발한 유연 태양전지는 20.7%의 효율을 달성했다. 롤투롤 용액 고정으로 생산한 유연 페로브스카이트 태양전지는 곡선에도 부착할 수 있어 자동차, 휴대용 전자기기 등 다방면에서 활용이 가능하며 유연 페로브스카이트 태양 전지는 자동차의 곡선에 더 적합하기 때문에 향후 다양한 전기차 모델에 활용될 가능성이 높다.
마치며
페로브스카이트에 대해서는 지난 번 유니테스트 종목 소개를 하면서 간단히 언급된 적이 있습니다. 제가 페로브스카이트에 대해서 주목하고 있는 가장 큰 이유는 미래 산업에서 빠지지 않는 전기차/자율주행에 관련된 사항 중에 가장 큰 문제라고 할 수 있는 배터리의 용량을 보완할 수 있는 가장 쉬운 방법이자 친환경에 관련된 신재생에너지로 가용되기에 용이하기 때문입니다. 아직까지는 기존의 실리콘 태양광 셀의 효율을 넘어서지 못했으나, 향후 최대의 효율에 근접하게 된다면 필수적인 산업재로 평가될 것이기 때문에 장기적인 측면에서 반드시 보유해야한다고 판단할만한 종목 중 하나입니다. 다만 신재생에너지와 관련된 업종들이 전부 급등해있는 상태이기 때문에 페로브스카이트 하나만을 바라보고 진입하기에는 주가 부담이 커서 얼마나 장기적으로 투자가 지속 가능한지와 기업의 투자 계획과 재무상 안정성에 대해서도 판단을 해보시고 관심을 가져야 한다고 생각합니다.
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