우주 태양광 시대의 핵심 - 페로브스카이트 태양전지 기술 : BLT 테크체크

2025-03-24

우주 산업이 급속도로 발전하며, 태양광 발전의 역할도 중요해지고 있다. 기존 실리콘 기반 태양전지는 우주에서 널리 사용되고 있지만, 높은 비용과 무게, 방사선 환경에서의 내구성 문제가 지속적으로 제기되고 있다. 이에 대한 해결책으로 페로브스카이트 태양전지가 차세대 우주 태양광 기술로 주목받고 있다. 가벼우면서도 높은 변환 효율을 자랑하는 페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 혁신적인 솔루션으로 떠오르고 있다.

[그림] 페로브스카이트 구조와 태양전지 작동 원리

현재 인공위성과 우주 탐사선에는 III-V족 다중접합 태양전지(GaAs, InP 등)가 주로 사용된다. 이는 우주 방사선에 강하고, 변환 효율이 높지만, 제조 비용이 높고 생산 과정이 복잡하다. 한편, 실리콘 태양전지는 지상에서는 경제성이 뛰어나지만, 우주 환경에서는 방사선과 미세 운석 충돌에 취약하다는 단점이 있다. 우주에서 사용되는 태양전지는 극한의 온도 변화(-200℃~+200℃), 강한 방사선, 미세 운석 충격 등의 조건을 견뎌야 하기 때문에 기존 기술만으로는 한계가 있다.

[그림] 우주 환경 내, 자기장 및 방사선 영향

페로브스카이트 태양전지는 경량성, 높은 변환 효율, 저비용 생산이라는 강점을 가지고 있다. 특히, 최근 연구에서는 페로브스카이트 태양전지가 우주 방사선에 대한 내성이 기존 실리콘 태양전지보다 뛰어나다는 결과가 발표되었다. 일반적으로 방사선에 노출되면 태양전지의 성능이 저하되지만, 페로브스카이트 물질은 자체적으로 방사선 손상을 자가 회복하는 특성을 보인다. 이러한 특징은 우주 환경에서 장기 운용이 필요한 태양전지에 있어 중요한 요소로 작용한다.

[그림] 태양광 기술별 주요 특성

NASA, ESA(유럽우주국) 등 주요 우주 기관과 민간 기업들은 페로브스카이트 태양전지의 우주 적용 가능성을 연구하고 있다. 2023년 NASA의 큐브샛(CubeSat) 실험에서는 페로브스카이트 태양전지를 소형 위성에 장착하여 성능을 평가하는 실험을 진행했다. 결과적으로, 극한 환경에서도 우수한 성능을 유지하면서도 기존 대비 무게를 80% 이상 줄일 수 있음을 입증하였다.

[그림] 페브로스카이트 연구가 진행된 NASA의 큐브샛

국내 기업들도 페로브스카이트 태양전지 기술 개발에 한창이다. 이 중 주목할 기업은 플렉셀스페이스㈜(대표 안태훈)이다. 플렉셀스페이스㈜는 위성·드론·항공기 등 다양한 분야에 응용할 수 있는 로브스카이트 및 CIGS(구리-인듐-갈륨-셀레늄) 기반 고효율 태양전지를 개발하고 있다. 이러한 기술력을 인정받아 투자유치(Pre-A, 50억원)에 성공하였다. 본 투자금을 바탕으로국내외 연구기관 및 글로벌 우주 기업들과 협력을 확대하고 기술 고도화와 상용화에 박차를 가할 예정이다.

[그림] 플렉셀스페이스㈜의 CIGS와 페로브스카이트 기반 태양전지 셀

이 외에도 ㈜조인솔루션은 경사증착 스퍼터링법을 기반으로 , 기존 용액법 기반 태양전지 문제를 해결할 수 있는 기술을 개발하였다. 이를 통해, 대면적에서도 균일하고 스트레스가 많지 않은 페로브스카이트 태양전지를 제조할 수 있다. ㈜메카로에너지는 화학기상증창법(CVD) 기술을 적용하여, 기존 페로브스카이트 가공 문제를 해결할 수 있는 기술을 개발하였다. 이를 통해, 대면적 가공이 가능하며, 생산성을 향상 시킬 수 있다. 이렇듯 기업들의 기술 개발은 활발하다.