한화솔루션, 발전효율 높인 '탑콘셀' 내년 4월 생산…美 태양광 시장 공략

[아이뉴스24 김종성 기자] 한화솔루션이 고효율 태양광 셀 생산능력을 강화해 본격적인 미국 태양광 시장 공략에 나선다.

한화솔루션은 13일 기존 퍼크(PERC)셀보다 발전 효율이 높은 탑콘(TOPCon)셀을 오는 2023년 4월부터 상업 생산하고, 2026년 6월에는 차세대 태양광 기술인 페로브스카이트 기반 탠덤셀을 양산하겠다는 '기술 로드맵'을 공개했다.

현재 세계 태양광 시장의 90% 이상을 차지하는 퍼크셀은 후면에 반사막을 삽입해 빛을 반사시켜 발전 효율을 높인 제품이다. 평균 효율은 약 23%다.

탑콘셀은 셀에 얇은 산화막을 삽입, 퍼크셀보다 발전 효율이 약 1%포인트(p) 높은 것이 특징이다. 시제품 효율은 약 24.4% 나온다. 셀의 효율이 올라가면 모듈 설치 면적 대비 전력 생산량이 늘어 작은 면적에서도 많은 전력을 생산할 수 있다.

한화솔루션은 지난해 11월부터 연 300메가와트(MW) 용량의 탑콘셀 파일럿 라인을 가동 중이다. 지난 5월에는 총 1천800억원을 투자해 한국공장의 셀 생산 능력을 기존 연간 4.5기가와트(GW)에서 5.4GW로 확대하는 계획도 발표했다. 이 중 1천300억원이 탑콘셀 양산을 위한 라인 전환과 설비 도입에 쓰인다.

이에 따라 오는 4월부터는 연간 3.9GW의 퍼크셀과 1.5GW의 탑콘셀을 생산할 수 있게 된다. 탑콘셀 제조 공정은 기존 퍼크셀과 호환성이 높아, 이미 대규모 퍼크셀 제조라인을 보유한 진천공장에서 만들기 적합하다.

한화큐셀은 내년 상반기 양산 예정인 탑콘셀을 활용해 연간 20~30%의 성장이 예상되는 미국 태양광 시장을 집중 공략할 계획이다. 이에 따라 큐셀부문 진천사업장의 태양광 수출액은 올해 약 1조7천억원에서 내년에는 2조원을 넘어설 것으로 기대하고 있다.

한화솔루션은 국내 재생에너지 시장이 위축되는 상황에서 한국에서 생산한 탑콘셀을 활용해 만든 고효율 모듈 제품으로 미국 주거·상업용 시장점유율 확대에 나선다는 방침이다.

최근 미국에서 태양광과 풍력 등 미국 내 재생에너지 시장을 확대하는 내용이 포함된 인플레이션 감축법(IRA)이 통과됐다. 이에 따라 오는 2023년 하반기 미국 조지아공장에 3.1GW(현재 1.7GW)의 모듈 생산량을 확보하게 되는 한화큐셀은 IRA 수혜를 받으며 새로운 성장이 가능할 것으로 기대하고 있다.

◆ 퍼크·탑콘셀 넘는 차세대 탠덤셀 개발 속도…2026년 6월 양산 목표

한화큐셀은 탑콘 이후의 차세대 셀인 페로브스카이트 기반의 탠덤셀도 오는 2026년 6월 양산을 목표로 R&D를 진행 중이다. 지난 3월에는 독일 헬름홀츠 연구소(HZB)와 협력해 최대 28.7% 효율의 탠덤셀을 개발해 자체 최고 효율을 기록했다.

탠덤셀은 상부 셀과 하부 셀을 연결해 상부 셀에서는 페로브스카이트가 자외선이나 가시광선 등 단파장의 빛을, 하부셀에서는 실리콘이 적외선 등 장파장의 빛을 흡수한다. 위아래 층에서 서로 다른 영역대의 빛을 상호 보완적으로 흡수해 효율을 극대화하는 방식이다.

탠덤셀의 이론상 한계 효율은 44% 수준이지만 실제 양산 시 효율은 35%에 이를 것으로 예상된다. 학계에서는 기존 퍼크, 탑콘 등 실리콘 기반 셀의 발전 효율한계가 29% 수준을 넘기 어렵다고 보고 있다.

이에 태양광 업계는 차세대 태양광 시장 기술 선점을 위해 완전한 페로브스카이트 셀의 중간단계로 '페로브스카이트-실리콘' 기반의 탠덤셀 개발과 상용화를 위한 경쟁이 치열하다.

페로브스카이트는 실험 단계에서 압도적인 효율을 보이지만 열과 습기에 취약해 높은 온도의 공정을 거쳐야 하는 상용화 단계에서는 생산 어려움이 있다.

한화큐셀은 지난 2020년엔 탠덤셀 국책 과제 연구기관으로, 2021년엔 탠덤셀 기반 모듈 공정 국책 과제 연구기관으로 각각 선정되며 국내 탠덤셀 연구를 선도해왔다.

양병기 한화솔루션 큐셀 부문 개발팀장은 "기존 셀 대비 최대 2배 이상의 발전 효율을 가진 탠덤셀 연구개발에 집중해 태양광 시장에서도 기술 격차를 통한 글로벌 선도 기업으로 자리매김하겠다"고 말했다.

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