한화솔루션 큐셀부문(이하 한화큐셀)이 차세대 태양전지인 ‘페로브스카이트 기반 탠덤 셀’(이하 탠덤 셀)을 달에 보내는 우주 태양광 실증에 참여한다. 선도적 상용화를 목표로 연구개발하고 있는 탠덤 셀의 우주 환경 적용 가능성을 검증하기 위해서다. 한화큐셀은 향후 우주 태양광 시장의 개화에 대비해 우주 환경에 적합한 차세대 태양광 기술 연구개발에 본격 착수할 방침이다.

또한 한화큐셀은 중점 개발 중인 지상용 탠덤 모듈로 최근 국제전기기술위원회(IEC) 인증을 세계 최초로 획득하며 차세대 태양광 기술의 선점에도 속도를 내고 있다.

한화큐셀, NASA 우주 태양광 실증 프로젝트 파트너 합류
‘페로브 기반 탠덤 셀’ 샘플 제공…샘플은 달 표면서 데이터 확보 예정

한화큐셀 독일법인은 미국 조지아 공과대학교가 참여하는 SSTEF-1(우주 과학기술 실증)[1] 프로젝트의 파트너로 참여해 탠덤 셀 샘플을 제공하기로 했다. SSTEF 프로젝트는 미국 항공우주국(NASA)이 자금을 지원하고 미국 이지스 에어로스페이스가 총괄하는 우주기술 실증 프로그램이다. 조지아 공과대학교 산하 비영리 응용연구 기관인 GTRI(조지아기술연구소)는 우주 환경에서의 태양광 셀 성능에 관한 실증 임무를 수행하기 위해 글로벌 최고 수준의 기술력을 갖춘 한화큐셀의 탠덤 셀을 실증 제품으로 선정했다.

GTRI는 달 탐사선 표면에 한화큐셀의 탠덤 셀 샘플을 설치하고 우주 환경에 노출시켜 실증 데이터를 확보할 예정이다. 이를 통해 진공, 극심한 온도 변화, 자외선, 우주방사선 등 지상과는 다른 우주 환경에서의 실제 데이터를 확보하고 이를 통해 탠덤 기술의 안정성과 신뢰성을 종합적으로 평가할 수 있다. 연구는 GTRI 수석 연구 엔지니어이자 조지아 공대 우주 연구소 총괄책임자인 W. 주드 레디가 주도한다. 한화큐셀은 이 실증을 통해 확보할 데이터를 바탕으로 향후 가장 신뢰성 높은 우주 태양광 기술 확보를 위한 연구개발 방향을 구체화할 계획이다.

이번 실증 프로젝트에는 세계적 수준의 기술력을 보유한 한화큐셀 독일 탈하임 R&D센터가 독자 기술로 제작한 탠덤 셀이 제공된다. 미래 지상용 태양광 시장의 ‘게임 체인저’로 주목받아 온 탠덤 기술은 이번 우주 태양광 실증 참여를 계기로 우주용 태양광 분야의 차세대 기술로도 각광받게 됐다. 탠덤 셀은 기존 우주용 셀에 상응하는 높은 효율을 구현할 수 있으며 같은 설비용량 대비 중량을 줄일 수 있어 발사 및 운용 측면에서 경제성을 확보할 수 있다. 한화큐셀은 지상용 탠덤 제품의 상용화를 2029년 목표로 연구개발하고 있으며 향후 탠덤 기술의 우주 태양광 분야 확장도 적극 추진하고 있다.

세계 최초 ‘페로브 탠덤 모듈’ IEC 인증 획득… 신뢰성 검증도 완료

한편 한화큐셀은 직접 개발, 제작한 지상용 페로브스카이트 기반 탠덤 모듈로 국제전기기술위원회(IEC) 인증을 획득했다. 페로브스카이트 기반 탠덤 모듈로 이 인증을 획득한 것은 세계 최초다.

한화큐셀은 앞서 2024년 12월 상업적 양산으로의 확장이 가능한 대면적(풀사이즈 M10 규격) 탠덤 셀에서 당시 세계 최고 기록인 28.6%의 효율을 기록하고 독일 프라운호퍼 태양에너지 시스템연구소 CalLab으로부터 독립 검증을 받았다. 당시 성과가 탠덤 셀의 높은 발전 성능, 즉 동일 면적에서 더 많은 전기를 생산할 수 있는 가능성을 입증한 것이라면 이번 성과는 이 기술을 상용 제품인 탠덤 모듈로 구현하고 국제 인증 기준의 장기 신뢰성 평가까지 통과했다는 점에서 의미가 크다.

태양광 모듈은 셀을 단순히 배열한 구조가 아니라 셀의 전기적 연결, 봉지재, 유리, 접합부 등 다양한 소재와 공정이 결합된 제품이다. 따라서 모듈 단계의 신뢰성 검증은 고효율 셀이 실제 옥외 환경에서도 장기간 안정적으로 성능을 유지할 수 있는지를 확인하는 상용화의 핵심 관문이다. 이번 신뢰성 인증 획득은 한화큐셀의 탠덤 기술이 셀 단위 고효율 구현을 넘어 제품화 가능한 모듈 수준의 내구성과 품질 검증 단계에 진입했음을 보여준다.

탠덤 기술은 기존 단일 접합 실리콘 모듈과 달리 페로브스카이트 상부 전지와 실리콘 하부 전지가 서로 다른 파장대의 빛을 활용하는 구조다. 이에 따라 출력 측정과 신뢰성 평가 역시 기존 실리콘 모듈과는 차별화된 시험 조건과 평가 절차가 요구된다.

이에 한화큐셀은 자체 제작한 탠덤 모듈로 다중 접합 성능평가 프로토콜[2]의 탠덤 특화 출력 측정 요건과 지상용 태양광 모듈 설계 적격성[3] 국제 표준을 동시에 적용한 테스트를 세계 최초로 통과했다. 이를 통해 실제 제품화에 필요한 내구성과 품질 검증 역량을 함께 입증했다는 평가다.

한화큐셀이 제작한 탠덤 모듈은 글로벌 태양광 인증기관인 티유브이 라인란드를 통해 IEC와 미국 안전 시험기관(UL)의 국제 표준을 기준으로 UV(자외선 노출), 동적 기계 하중(DML), 열사이클(TC, 고온·저온 반복), 습열(DH, 고온·고습 장기 노출), 습동결(HF, 수분 침투 후 결빙), 및 시퀀스 테스트(UV/DML/TC/HF 조합) 등 태양광 모듈 신뢰성 평가의 전 항목에서 합격점을 획득했다. 해당 평가 항목들은 실제 환경에서 모듈이 겪게 되는 극한 조건을 재현해 내구성과 안전성을 검증하는 절차로 상용 태양광 제품이 시장에 출시되기 위해 반드시 통과해야 하는 국제 공인 기준이다.

또한 한화큐셀은 실제 옥외 환경에서의 탠덤 모듈 성능 검증도 병행하고 있다. 독일에 위치한 한화큐셀 탈하임 R&D 센터와 제3자 실증 기관에서 각각 약 1년, 6개월간 운영 중인 탠덤 모듈은 현재까지 안정적인 발전 성능을 유지하고 있다.

한화큐셀 박승덕 대표이사는 “우주 태양광은 지상 태양광의 한계를 넘어 급증하는 전력 수요에 효과적으로 대응할 수 있는 미래 에너지원일 뿐 아니라 AI 데이터센터·방산·통신 등 안보와 밀접한 핵심 산업 전반에 큰 파급력을 지닌 플랫폼 산업”이라며 “한화큐셀은 그동안 태양광 제조업에서 출발해 축적한 기술력과 시장 경쟁력을 바탕으로 우주 태양광 시대를 여는 글로벌 재생에너지 솔루션 기업으로 도약해 나갈 것”이라고 발했다. 이어 “이번 프로젝트는 지속 가능한 에너지의 가능성을 우주까지 확장하는 중요한 전환점이 될 것”이라고 밝혔다.

[1] Space Science & Technology Evaluation Facility - First Flight Lunar In-Situ Solar Cell Experiment (우주 과학 기술 실증 - 최초 달 현장 태양전지 실험)
[2] IEC TS 60904-1-1(Measurement of current-voltage characteristics of multi-junction photovoltaic (PV) devices)
[3] IEC 61215-2:2021, UL 61215-2:2021 (Terrestrial PV modules - Design qualification and type approval)