中, 페로브스카이트의 '단명' 극복…차세대 태양광 시장 선점 날갯짓

[동포투데이]최고 효율·저비용·초경량으로 차세대 태양광 기술로 주목받아온 페로브스카이트 태양전지의 결정적 약점이 중국 연구진에 의해 극복됐다. 화동이공대학(華東理工大學) 연구팀은 3월7일 국제 학술지 '사이언스'에 발표한 논문에서 이 물질의 단수명 문제를 해결하는 기술을 공개, 관련 산업계에 충격파를 일으키고 있다.

페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 기반 제품 대비 제조비용 1/3 수준에 30% 이상 높은 광변환 효율을 보이며, 종이처럼 얇게 제작해 옷감·창문 부착 등 유연한 적용이 가능하다. 그러나 태양광 노출 시 수명이 급격히 감소해 실제 적용에는 치명적 걸림돌로 작용해왔다.

연구팀이 10년간의 실험을 통해 밝혀낸 원인은 놀랍게도 "물리적 구조 피로"였다. 이 물질이 빛에 노출될 때마다 풍선처럼 1% 이상 팽창·수축을 반복하며 내부 결정체가 서로 압력을 가해, 종이를 반복 접듯 미세 균열이 발생하는 현상이 확인된 것. 기존 학계가 화학적 성분 개선에 집중한 것과 달리 물리적 손실 메커니즘 규명은 완전히 새로운 접근법을 제시했다.

해결책은 원자 두께의 그래핀 보호막에서 찾아졌다. 연구진은 '세계에서 가장 강한 물질'로 알려진 그래핀에 투명 고분자를 결합, 머리카락 두께의 1/10,000 수준(약 0.3나노미터) 초박형 코팅 기술을 개발했다. 이 '나노 방탄복'은 재료의 열팽창률을 기존 0.31%에서 0.08%로 74% 감소시켜, 외부 충격에 대한 내구성을 2배 이상 향상시켰다.

실제 60°C 고온 환경에서 3,670시간(약 153일) 연속 가동 테스트 결과, 코팅된 전지는 초기 효율의 97%를 유지하며 역대 최장 수명 기록을 갈아치웠다. 이는 실외 환경에서 1년 이상 사용 가능함을 의미하는 것으로, 상용화 요건을 충분히 만족하는 수치다.

이번 성과는 단순 기술 개선을 넘어 "안정성 확보 전략의 재정의"라는 평가를 받고 있다. 해당 분야 세계적 권위자 마이클 그랏젤 교수는 "물리적 구조 연구라는 사각지대를 건드린 혁신"이라며 "전 세계 연구 방향을 바꿀 이정표"라고 극찬했다.

현재 화동이공대는 중국 최대 태양광 기업들과 공동 실증 실험을 진행 중이며, 2025년 양산체제 구축을 목표로 하고 있다. 성공 시 ▲건축물 일체형 발전유리 ▲휴대용 접이식 충전매트 ▲스마트폰 투명 충전필름 등 다양한 적용이 예상된다. 연구책임자 왕레이(王磊) 교수는 "생산단가 1W당 0.1달러로 기존 대비 70% 절감 가능"이라며 "2030년까지 시장 점유율 40% 달성할 것"이라고 자신했다.

글로벌 태양광 시장은 이번 기술돌파로 2028년 1,200억 달러 규모 페로브스카이트 시장이 열릴 전망이다. 중국과학원 관계자는 "탄소중립 실현을 위한 결정적 솔루션"이라며 "신재생에너지 분야 중국의 기술 주도권 강화에 기여할 것"이라고 강조했다.