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GIST, 페로브스카이트 태양전지 세계 최초 상용화 나선다

세계 최초로 페로브스카이트 태양전지 상용화가 추진된다. 오는 2030년 시장진입이 목표다. 이광희 광주과학기술원(GIST) 전략연구사업단장(신소재공학과 교수)은 울산과학기술원(UNIST)과 한국생산기술연구원, 한국전력공사 전력연구원 등이 참여하는 페로브스카이트 태양전지 상용화에 착수했다고 10일 밝혔다. 사업은 오는 2030년까지 총 437억원을 투입한다. 5년 뒤면 과학기술계가 10년 이상 매달려왔던 페로브스카이트 태양전지를 일상에서 쓸 기틀을 마련하게 된다. 이광희 단장은 "페로브스카이트 태양전지 상용화를 위한 핵심 기반 기술 확보를 목표로 고효율 소재·소자 기술과 대면적 모듈 제조공정, 신뢰성 검증 및 옥외 실증을 완료할 것"이라고 말했다. 이 단장은 이와함께 "산·학·연·관으로 구성된 상용화 협의체를 구성해 기술 개발 단계부터 기업 수요, 인증·표준, 양산 공정 및 사업화 전략을 연계하고, 연구성과가 실제 제품화로 이어질 수 있는 상용화 플랫폼을 마련할 계획"이라고 설명했다. 사업단은 2030년 이후 0.72 m²급 대면적 모듈 제조 기술과 협의체를 기반으로 파일럿 양산, 기술이전 및 초기 시장 진입을 추진할 계획이다. 향후 이를 BIPV(건물일체형 태양과)·모빌리티·유연 전자기기 등 다양한 응용 분야로 확대한다. 기술 개발 목표도 구체적으로 제시했다. 광전변환효율이 최종 단일접합 모듈 23% 이상, 탠덤 모듈 30% 이상, 유연 모듈 20% 이상, 투광 모듈 광 이용 효율(LUE) 4.0% 이상이다. 일반적으로 페로브스카이트 광전변환효율(PCE)은 단일접합 기준 연구실의 경우 약 27%, 실리콘-페로브스카이트 탠덤 태양전지는 30~34% 효율을 보이고 있다. 그러나 이는 모두 실험실 레벨이고, 서브 크기다. 상용화를 위해선 대면적 모듈 제작이 필수. 연구 실무를 책임지고 있는 강홍규 차세대에너지연구소 부소장은 "국내에서는 세계 최고 수준의 소재·소자 기술을 기반으로 높은 광전변환효율을 달성하고 있으나, 현재까지는 주로 소면적 셀 및 200cm²급 모듈 연구 중심으로 진행돼 대면적화, 장기 신뢰성, 양산 공정 기술 확보가 필요한 상황"이라고 언급했다. 중국·유럽·일본 등 해외 주요 기관 및 기업의 경우는 대면적 모듈 제작, 파일럿 생산라인 구축, 실증 단계로 빠르게 전환하고 있어, 글로벌 시장 선점을 위해 국내 원천기술을 m²급 상용 모듈 제조 기술로 연결하는 전략적 개발이 절실하다는 것. GIST는 강점으로 페로브스카이트 소재·소자 원천기술뿐만 아니라, 연구실 수준의 고효율 셀을 실제 산업 적용이 가능한 대면적 모듈로 전환할 수 있는 프린팅 공정, 레이저 패터닝, 봉지 및 모듈 설계 기술을 꼽았다. 특히 롤투롤(R2R) 기반 연속 생산 공정, 유연·투광형 모듈 제작, 셀-투-모듈 손실 최소화 기술 등 소재–공정–모듈–실증으로 이어지는 상용화 전주기 기술 역량을 확보하고 있다. 이와함께 소재 합성, 소자 물리, 대면적 공정, 신뢰성 평가 등 다양한 분야 전문 교수진과 연구 인프라를 기반으로 체계적인 융합 연구 및 차세대 태양광 전문 인력 양성 체계를 구축한 점도 GIST만의 강점이다. 강홍규 부소장은 "7200㎠ 수준으로 페로브스카이트 모듈 크기를 키우는 것이 사업단 핵심 목표 가운데 하나"라고 강조했다. 사업단은 2030년 이후에는 확보된 0.72 m²급 대면적 모듈 제조 기술과 협의체 기반의 산업 연계를 통해 파일럿 양산, 기술이전 및 초기 시장 진입을 추진할 계획이다. 사업단은또 소재·공정·장비·모듈·인증으로 이어지는 국내 태양광 산업 밸류체인을 구축하고, 해외 중심의 태양광 공급망 의존도를 낮춰 국가 에너지 안보 강화 및 차세대 태양광 기술 주도권 확보에 기여할 것으로 기대했다. 이 단장은 "기존 발전소 중심의 태양광 적용 영역을 건물, 차량, 전자기기 등 다양한 생활 공간으로 확대하는 미래형 에너지 생산 플랫폼 구축하게 될 것"이라며 "신규 태양광 시장 창출이 가능하다"고 말했다. 한편 전략연구사업단은 지난 7일 GIST에서 '2026 세계 최초 페로브스카이트 태양전지 상용화 전략연구사업단' 연구 워크숍'을 개최했다.

2026.07.10 08:00박희범 기자

기계연, 디지털 노광스캐너 개발…유연전자소자 대량생산 길 열어

잘 휘어지는 반도체 기판에 회로를 연속으로 정확하게 새길수 있는 디지털 마스크리스 노광(리소그래피) 시스템이 개발됐다. 노광은 반도체 핵심 기술이다. 개발은 장원석 한국기계연구원 장원석 나노융합연구본부장 연구팀이 진행했다. 29일 한국기계연구원에 따르면 이들이 개발한 기술은 크게 3개다. 실시간 패턴 보정이 가능한 디지털 리소그래피 스캐너와 이 스캐너를 롤투롤 이송시스템과 결합, 유연전자소자 연속 패터닝 기술을 성공적으로 구현했다. 또 DMD(디지털 마이크로-미러 디바이스) 기반 디지털 노광 기술과 초정밀 이송 제어 기술을 융합해 기판 변형과 위치 오차를 실시간으로 보정할 수 있는 시스템도 구축했다. 이번에 개발한 롤투롤 디지털 리소그래피 시스템은 DMD 기반 디지털 노광 기술을 활용해 원하는 영역에만 자외선을 조사하는 방식이다. 최소 선폭은 10㎛ 이하 고해상도 패터닝 성능을 구현했다. 기판 이송 과정에서 발생하는 사행과 장력 변형을 실시간 측정·보정해 안정적인 패턴 형성도 가능하다. 연구팀은 회전하는 곡면 롤 위에서 직접 패터닝이 이루어지는 라인빔 노광 구조를 적용했다. 보조 기판 없이 유연기판을 직접 이송하면서, 미세한 비틀림이나 흔들림을 실시간 비전 측정으로 즉각 보정한다. 별도 노광 마스크를 제작할 필요 없이, 소프트웨어 설계만으로 다양한 패턴을 즉각 구현할 수 있어 제품 개발 기간과 생산 비용을 획기적으로 절감할 수 있다. 또한, 유연기판을 보조 기판 없이 연속 이송하며 직접 패터닝하기 때문에 기판 길이에 제한이 없는 대면적 양산이 가능하다. 이원섭 기계연 나노리소그래피연구센터 선임연구원은 "나노공정은 반도체 앞단 공정이고, 우린 HBM(고대역메모리) 같은 후공정 PCB기판을 타깃으로 기술 개발을 진행한 것"이라며 "마스크가 필요없는 공정 등은 기존 반도체 라인에 바로 접목해도 무리없을 수준"이라고 설명했다. 장원석 본부장은 “유연 PCB를 비롯해 고해상도 유연전자소자, 반도체 패키징 공정 등 다양한 산업 분야에 적용될 것으로 기대한다”며 “향후 롤 표면 패터닝을 위한 디지털 노광 공정에도 활용할 수 있어 응용 범위가 더욱 확대될 것"으로 전망했다. 한편 연구팀은 기계연 기본사업인 '실시간 보정형 롤투롤 패터닝 장비 핵심기술 개발'과제를 통해 총 3억2,000만원의 기술료 수익을 거뒀다.

2026.06.29 09:33박희범 기자

기계연, 대면적 FPCB 제조 연속 공정 확보

1m가 넘는 유연회로기판(FPCB)을 연속 생산할 수 있는 제조 공정이 개발됐다. 한국기계연구원은 한준세 나노융합연구본부 나노리소그래피연구센터 선임연구원 연구팀이 롤투롤 기반 다이렉트 롤 라미네이션 공정 기술을 개발했다고 30일 밝혔다. 사이즈는 길이로 1m가 넘고, 폭은 25cm정도 된다. 한준세 선임연구원은 전화통화에서 "업계에서도 길고, 넓은 FPCB를 개발 중이지만, 이 기술은 패키징할 때 회로 사이에 들어가는 접착 소재 충진 특성을 개선하는데 초점이 맞춰져 있다"고 설명했다. 연구팀은 반경화 상태인 접착 필름이 회로 사이를 어떻게 채우고 퍼지는 지를 공정 속도, 압력 등 여러 조건에 따라 정량적으로 분석했다. 이를 통해 연속 제조 환경에서도 안정적으로 접착이 이루어질 수 있는 조건을 규명했다. 특히 접착 소재 '충진 거동'을 공정 변수 기준으로 체계화해, 데이터 기반 공정 최적화를 만들어냈다. 한준세 선임은 "이 기술을 차세대 모빌리티용 유연 센싱 케이블 제조에 활용될 수 있다"며 "전기자동차 무게를 줄이고 생산 효율을 높일 기반 기술"이라고 설명했다. 한 선임은 "반도체, 디스플레이, 확장현실(XR) 기기 등 대면적 전자소자 패키징 공정으로 확장도 가능하다"고 부연설명했다. 연구팀은 앞으로 공정 모니터링 및 비파괴 검사 기술을 연계, 지능형 및 자율형 공정 기술로 확장해 나갈 계획이다. 현재 연구팀은 국내특허 출원 및 등록 절차를 진행중이다. 연구성과는 미국화학회에서 발행하는 국제학술지 'ACS 어플라이드 머티리얼즈앤 인터페이시즈' 내지 커버로 게재됐다.

2026.04.30 14:31박희범 기자

"전기차 주행거리는 20% 늘고, 배터리 제조단가는 낮추고"

울산과학기술원(UNIST)은 곽원진 에너지화학공학과 교수팀이 최정현 가천대 교수팀, 문장혁 중앙대 교수팀과 함께 건식 제조 후막 전극 배터리 초기 용량 손실과 전극 제조 비용을 절감할 수 있는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 후막 전극은 전극 활물질층 두께를 키워 배터리 용량을 늘릴 차세대 전극으로 주목받는다. 일반 배터리 전극과 달리 독성 용매를 쓰지 않는 건식 공정으로 제조돼 친환경적이라는 장점도 있다. 문제는 초기 용량 손실이 크다는 점이다. 모든 리튬이온배터리는 사용 초기 충·방전 과정에서 리튬 용량 손실이 발생하지만, 건식 제조 후막 전극은 두꺼운 활물질과 마른 활물질 입자를 뭉치기 위한 바인더 탓에 초기 용량 손실이 더 크다. 연구팀은 배터리 음극 활물질층과 동박(구리 집전체층) 사이에 프라이머 대신 리튬 금속 박막을 넣어 초기 용량 손실을 줄인 전극을 개발했다. 프라이머는 원래 활물질층을 동박에 부착시켜 주는 물질이다. 프라이머 대신 들어간 리튬 금속은 프라이머 역할과 더불어 손실될 리튬을 미리 보충해주는 역할을 할 수 있다. 박막 속 리튬은 전위차라는 힘에 의해 활물질층 속으로 빨려 들어가게 된다. 실험 결과, 건식 후막 전극을 적용한 배터리는 초기 리튬용량 손실 값이 기존 전극을 적용한 배터리보다 약 75% 줄어들었다. 전기차 주행거리를 기존보다 20%가량 늘릴 수 있는 양이다. 전극 제조 비용 자체도 줄일 수 있다. 보통 전극의 활물질층을 건식 제조하더라도 프라이머층을 코팅하기 위해서는 여전히 별도의 습식 공정과 건조 과정이 필요해 공정이 복잡했는데, 프라이머 코팅 자체를 생략했기 때문이다. 제1저자인 이현욱 연구원은 “전극 접착과 리튬 용량 보충 과정인 선리튬화를 단일 공정으로 처리할 수 있고 현행 배터리 제조 표준인 롤투롤 공정에 바로 연계할 수 있는 기술”이라고 설명했다. 롤투롤(Roll-to-Roll)은 두루마리 형태의 동박을 풀어내며 그 위에 활물질층과 같은 전극 재료를 입히고 다시 감아내는 대량 생산 방식이다. 신문 윤전기가 돌아가는 것과 비슷하다. 곽원진 교수는 “건식 공정을 이용한 전극 후막화 기술은 테슬라 등 글로벌 기업들이 앞다퉈 개발 중인 기술”이라며 “이번에 개발된 음극 기술은 하이니켈 양극 등 양극 종류와 관계없이 쓸 수 있어 기술 경쟁에서 우위를 점하는 데 기여할 것”이라고 말했다. 연구는 국제학술지 '에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)'에 온라인(1월 21일)으로 공개됐다. 조만간 학술지 형태로 출판된다.

2026.02.18 09:00박희범 기자

기계연, 배터리 가격은 ↓, 에너지 밀도·용량은 ↑

한국기계연구원은 이차전지장비연구실 우규희, 권신 책임연구원 연구팀이 초고속, 대면적 플래시 공정을 활용, 후막 전극의 열화를 억제하는 전극 활성화 기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 연구진은 파일럿 스케일의 롤투롤 테스트 베드를 통해 롤투롤 공정과의 호환성도 성공적으로 입증했다. 이차전지장비연구실 우규희 책임연구원은 "후막 전극의 성능 열화를 획기적으로 억제하는 기술"이라며 "배터리 가격은 낮추고 에너지 밀도와 용량은 높이면서도 크기와 무게를 줄일 수 있는 새로운 가능성"이라고 의미를 부여했다. 후막 전극은 고에너지 밀도 구현이 가능하다. 배터리 팩 층수를 줄여 구조를 단순화함으로써 제조 공정 효율화와 원가를 절감할 수 있다. 그러나 후막 전극은 두꺼운 전극 두께로 인해 리튬 이온과 전자 이동 저항이 증가한다. 이로인해 전해질 침투가 어려워져 율속특성(배터리 충방전 속도 성능지표)과 수명과 같은 전기화학적 성능이 크게 저하되는 문제가 있다. 연구진은 이같은 문제 해결을 위해 후막 전극에 1밀리초 이내의 순간적인 플래시를 조사했다. 이 과정에서 발생하는 광열 반응은 재료의 탄화, 활물질(흑연)의 층간 간격 확장, 기공률 증대, 전해질과의 계면적 확대를 일으킨다. 우규희 책임연구원은 "이러한 화학적, 구조적 변화가 리튬 이온과 전자의 이동성을 향상시키고 전해질 침투성을 개선했다"며 "결과적으로 후막 전극의 성능 열화를 억제한다"고 설명했다. 우 책임연구원은 "표면 광열 반응을 이용하기 때문에 집전체를 포함한 후막 전극 전체가 고온에 노출되는 것을 방지한다"며 "전극 내부 바인더 분해를 최소화해 기계적 내구성을 유지하고, 집전체 산화와 같은 열적 손상도 막을 수 있다"고 부연 설명했다. 연구진은 이 기술이 "이차전지 제조 산업의 표준인 롤투롤 공정과의 호환성이 뛰어나다"며 "니켈-코발트-망간(NCM) 양극 등을 비롯한 여러 전극에 확대 적용도 가능할 것"으로 예상했다. 연구진은 현재 플래시 공정을 전극 건조 공정에 적용하고, 응용성을 평가 중이다. 최근에는 이차전지 장비 기업 N사와 전극폭이 광폭인 양산 수준의 설비를 개발하고 공정 평가도 진행 중이다. 우규희 책임연구원은 “플래시를 이용한 전극 활성화 기술은 롤투롤 공정과 호환이 가능한 후처리 기술이기 때문에 기존의 공정과 제조 설비에 접목이 상대적으로 용이하다”고 말했다. 우 책임연구원은 “국내 이차전지 제조사 진입을 목표로 기술 완성도를 높이고 시험 평가와 검증을 지속적으로 진행해 나갈 예정”이라고 밝혔다.한편 연구결과는 재료·화학 분야 국제학술지 '스몰 매서즈(Small methods) 2월호 표지논문으로 선정됐다.

2025.02.26 19:39박희범 기자

효율 손실 최소화한 고효율 차세대 태양광 기반기술 나와

건국대학교는 화학공학부 문두경 교수 연구팀이 유기 태양전지(OSC) 모듈에서 발생하는 효율 저하 문제를 해결할 수 있는 혁신적인 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 연구 결과는 세계적 권위의 학술지 'ACS Applied Materials & Interfaces' 1월호에 게재됐다. 유기 태양전지는 가볍고 유연하고 대량 생산이 가능해 차세대 태양광 발전 기술로 주목받고 있지만 소형 단위셀에서는 높은 효율을 기록하는 반면에 대면적 모듈로 확장하면 효율이 급격히 감소하는 문제가 있다. 연구팀은 전하 수송 경로의 불균일성과 박막 형성의 비균질성, 저항 증가 및 재결합 손실 등의 기술적 한계 때문에 효율이 저하돼 유기 태양전지의 상업화를 가로막는 대표적인 문제로 지적되고 있다고 전했다. 연구팀은 광활성층의 사전 응집 제어 기법을 활용해 고분자 사슬 얽힘 효과를 유도하는 방식을 적용해 균일한 박막 구조를 형성하고 전하 이동 경로를 최적화하는 데 성공했다. 그 결과, 단위셀(0.04cm²)에서 광전변환효율(PCE) 17.82%를 기록했고 대면적 모듈(30.24cm²)에서도 13.49%의 높은 효율을 달성했다. 대면적 모듈에서 필연적으로 발생하는 셀-투-모듈(CTM) 효율 손실이 기존 26.3%에서 24.3%로 감소하는 성과를 거뒀다. 문두경 교수 연구팀은 “유기 태양전지를 상용화하려면 대면적 공정에서도 높은 효율을 유지하는 것이 필수적”이라며 “이번 연구에서 개발한 사전 응집 제어 기법을 활용하면 유기 태양전지 모듈에서 발생하는 대표적인 문제인 저항 증가와 비균질한 박막 형성 문제를 해소할 수 있다”고 설명했다. 연구팀 관계자는 “이번 연구에서 대면적 유기 태양전지 모듈에서 필연적으로 발생하는 효율 저하 문제를 해결하는 실질적인 접근법을 제시했다”며 “앞으로 롤투롤(Roll-to-Roll) 프린팅 등 대량 생산 공정과 결합해 상용화 가능성을 더욱 높일 것”으로 기대했다. 연구에는 건국대 화학공학부 김예찬 박사과정생이 제1저자로, 전성재 박사, 한용운 박사, 양남규 박사과정생, 김지연 박사과정생이 공동 참여했다. 과학기술정보통신부의 공공연구성과 가치창출 기술키움 사업, 산업통상자원부의 에너지인력양성 사업의 지원을 받았다.

2025.02.12 18:12주문정 기자