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페로브스카이트 태양전지 산업 최신 동향 및 OPV 필름 시장 현황

일반 리포트 2025년 05월 10일
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목차

  1. 요약
  2. 페로브스카이트 태양전지 연구 성과 및 기술 발전
  3. 상용화·파일럿 단계 혁신소재 및 초기 상용 사례
  4. 생산 설비 및 제조 공정 동향
  5. 시장 전망 및 공급망 분석
  6. 유기태양전지(OPV) 필름 산업 현황 및 향후 과제
  7. 결론

1. 요약

  • 2025년 5월 현재, 페로브스카이트 태양전지 산업과 유기태양전지(OPV) 필름 시장은 다수의 주요 연구 성과와 상용화 사례들이 나타나며 급속한 발전을 이루고 있습니다. 특히, 2025년 4월 중순부터 5월 초까지 발표된 연구 결과들과 시장 보고서들은 페로브스카이트 태양전지 기술의 최신 동향을 포괄적으로 반영하고 있습니다. 한국화학연구원이 발표한 '네이처' 표지 논문에서는 초고효율 페로브스카이트 태양전지가 25% 이상의 효율성으로 발전 가능성을 보여주며, 이는 신재생 에너지 전망을 크게 변화시킬 수 있는 기초로 작용할 것입니다.

  • 2025년 5월 8일, 경북대학교 연구진의 리튬염 기반 결함 제어 기술은 태양전지 효율을 27.47%로 증가시키며 산업 상용화 가능성을 높이는 데 기여하고 있습니다. 이러한 기술들은 새로운 전력 변환 효율 기준을 설정하며, 페로브스카이트 태양전지의 성숙도를 더욱 높이는 발판이 될 것입니다. 또한, 저온 용액 연속 공정 기술을 통한 생산 경제성 및 효율성 개선은 상대적으로 낮은 생산 비용으로 유연한 태양전지 제작을 가능하게 하고 있습니다.

  • 상용화 단계로 접어든 Oxford PV의 페로브스카이트-실리콘 텐덤 셀은 첫 상용 주문을 성사시키며, 페로브스카이트 기술이 시장 내에서의 위치를 강화하는 중요한 이정표가 되고 있습니다. 2030년까지 GW급 양산체제 구축 목표를 정한 일본의 경제산업성은, 페로브스카이트 태양전지의 대량생산 체계를 수립하기 위한 다양한 정책과 투자들을 추진하고 있습니다.

  • 이와 함께, OPV 필름 산업 또한 활발한 연구와 생산 투자로 급속히 발전하고 있으며, 경량성과 유연성을 바탕으로 한 시장 성장 가능성이 큰 것으로 예측됩니다. 그러나 OPV 필름에 대한 정보는 상대적으로 부족하며, 효율성과 안정성 증대를 위한 추가 연구와 글로벌 협력의 필요성이 강조되고 있습니다.

2. 페로브스카이트 태양전지 연구 성과 및 기술 발전

  • 2-1. 초고효율 네이처 표지 논문 게재

  • 2025년 4월, 한국화학연구원 연구팀이 개발한 초고효율 페로브스카이트 태양전지에 대한 연구 성과가 국제 저널 '네이처'의 표지 논문으로 게재되었습니다. 이 논문에서는 페로브스카이트 층의 효율을 25% 이상으로 향상시키는 핵심 기술이 소개되었으며, 이를 통해 전기적 성능뿐만 아니라 발광 소자로서의 응용 가능성도 증명되었습니다. 연구팀은 새로운 전자 수송층 소재를 통해 전자의 이송 효율을 높였고, 이를 통해 전기적 효율 뿐만 아니라 발광 효율도 크게 향상시켰습니다. 이로 인해 페로브스카이트 태양전지가 신재생 에너지 분야에서 더욱 주목받게 되었습니다.

  • 2-2. 리튬염 기반 결함 제어 기술

  • 2025년 5월 8일, 경북대학교 이상욱 교수팀은 리튬염을 활용한 결함 제어 기술을 개발하여 '올-페로브스카이트 탠덤 태양전지'의 효율과 안정성을 동시에 향상시키는 결실을 맺었습니다. 연구팀은 리튬 비스(트리플루오로메탄설포닐) 이미드(Li-TFSI)를 사용하여 소재 내의 결함을 비활성화(passivation)하는 방법을 고안하였습니다. 이를 통해 태양전지의 전력 변환 효율을 27.47%로 올리는 데 성공하며, 장기 안정성을 크게 개선했습니다. 이 성과는 페로브스카이트 태양전지의 상용화 가능성을 더욱 높이는 중요한 기초가 될 것으로 기대됩니다.

  • 2-3. 저온 용액 연속 공정 사례

  • 최근 연구에 따르면, 저온 용액 연속 공정 기술이 페로브스카이트 태양전지 제작에 큰 역할을 하고 있습니다. 이 기술은 페로브스카이트 물질을 100도 이하의 낮은 온도에서 용액으로 처리하여 박막을 만드는 과정으로, 기존 실리콘 태양전지보다 훨씬 경제적이고 효율적인 생산이 가능합니다. 이 방식은 가볍고 유연한 기재로 태양전지를 제작할 수 있어 새로운 응용 가능성을 열어주고 있습니다. 특히, 실험실에서 25.5%의 공인 효율이 보고됨에 따라 이 기술이 산업적 활용으로 이어질 수 있다는 희망을 주고 있습니다.

3. 상용화·파일럿 단계 혁신소재 및 초기 상용 사례

  • 3-1. ‘쓱’ 바르면 전지가 되는 페로브스카이트 코팅

  • 최근 페로브스카이트 소재를 활용한 혁신적인 코팅 기술이 상용화 단계에 접어들었습니다. 이 기술은 페로브스카이트를 액체 상태로 변환하여 다양한 표면에 쉽게 도포할 수 있게 해줍니다. 이는 태양광 전지를 기존의 고정된 모듈 형태에서 벗어나, 건물의 유리창이나 자동차의 선루프와 같은 다양한 응용 분야에서 사용 가능하게 만듭니다. 특히, 이 코팅 기술은 저렴한 비용으로 쉽게 생산할 수 있으며, 기존의 실리콘 태양전지보다 훨씬 경량화된 제품을 가능하게 합니다.

  • 이 혁신적인 코팅 기술의 가장 큰 장점은 유연성과 경량성입니다. 페로브스카이트 셀은 안쪽에서 태양빛을 받아 전기를 생성할 수 있기 때문에, 소규모 혹은 대규모의 설치가 용이하며, 다양한 형태와 디자인에 적응할 수 있습니다. 또한, 이 코팅 기술은 제조 비용을 4분의 1 수준으로 줄일 수 있으며, 특정 조건을 개선하면 장기적인 효율성을 보장할 수 있습니다. 이는 페로브스카이트 전지가 스스로 독립적인 에너지원으로 기능할 수 있는 잠재력을 보여줍니다.

  • 3-2. Oxford PV의 페로브스카이트-실리콘 텐덤 셀 첫 상용 주문

  • 영국의 Oxford PV는 페로브스카이트-실리콘 텐덤 셀의 첫 상용 주문을 지난해 9월에 성사시켰습니다. 이는 전 세계적으로 페로브스카이트 기술이 상용화 단계로 나아가는 중요한 이정표로 평가받고 있습니다. 이 텐덤 셀은 높은 효율성을 자랑하는 두 가지 다른 태양전지 기술을 결합하여, 효율성을 기존 실리콘 태양전지보다 훨씬 개선한 것으로 알려져 있습니다.

  • 텍스트에서 언급된 대로, Oxford PV의 텐덤 셀은 이론적으로 44%의 발전 효율에 도달할 수 있다는 잠재력을 지니고 있습니다. 이는 현재 시중에 출시된 실리콘 셀의 발전 효율을 초과하는 수치입니다. 그러나 실제로 출시된 제품의 발전 효율은 26.9%로, 여전히 발전 효율 개선이 필요하다는 평가를 받고 있습니다. 이를 위해 오랜 시간 동안의 연구 개발과 함께 고도의 기술력이 요구됩니다.

  • 하지만 Oxford PV는 시장에서 큰 변혁을 이끌 기술적 혁신으로 기대되고 있으며, 이 같은 초기 상용 사례는 향후 페로브스카이트 기술의 대규모 상용화 가능성이 더욱 확고해질 것으로 보입니다. 이에 따라 페로브스카이트 기술이 태양광 시장을 어떻게 변화시킬 수 있을지에 대한 논의가 활발히 이루어지고 있습니다.

4. 생산 설비 및 제조 공정 동향

  • 4-1. 롤-투-롤 저온 용액 연속 공정 기술

  • 롤-투-롤(roll-to-roll, R2R) 저온 용액 연속 공정 기술은 페로브스카이트 태양전지의 대량 생산을 위한 핵심 기술로 자리잡고 있습니다. 이 공정은 유연한 기판 위에 페로브스카이트 물질을 균일하게 코팅하여 연속적으로 제작하는 방식으로, 기존의 배치식 공정에 비해 생산성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 특히, 저온에서 진행 가능하다는 점이 이 기술의 큰 장점입니다. 이는 높은 열에 민감한 유기물이나 다른 전자 소자의 손상을 줄이면서도 효율적인 생산이 가능하다는 것을 의미합니다. 2023년부터 일본과 유럽의 여러 기업에서 이러한 기술을 적용한 양산 설비 투자 계획을 발표하고 있으며, 이를 통해 향후 2025년부터 2026년까지 본격적인 큰 규모의 제품 생산이 가능할 것으로 예상되고 있습니다. R2R 공정은 제작 비용을 절감할 수 있는 경제적 선택이 될 수 있으며, 이는 페로브스카이트 태양전지가 상용화되기 위한 중요한 이정표로 작용할 것입니다.

  • 4-2. 페로브스카이트층·전하 수송층 원료 공급망 구조

  • 페로브스카이트 태양전지의 성공적인 상용화를 위해서는 안정적인 원료 공급망이 필수입니다. 현재 페로브스카이트층에 사용되는 원료는 주로 할로겐화납 화합물인 MAPbI3와 FAPbI3이며, 이 외에도 다양한 유기 화합물이 사용됩니다. 이러한 원료들은 중국, 폴란드, 일본 등 여러 나라에서 수입되며, 전 세계적으로 수요와 공급의 균형을 맞추기 위해 각국은 원료 공급망의 다변화를 추구하고 있습니다. 전하 수송층에 사용되는 재료 역시 매우 중요합니다. 높은 전도성과 안정성을 제공해야 하며, 페로브스카이트 태양전지가 누적되는 온도 변화에 대한 내구성도 견딜 수 있어야 합니다. 현재 일본과 유럽의 많은 연구기관과 기업들이 이 분야에서 원자재의 조달 문제를 최소화하기 위한 노력을 하고 있으며, 이들은 통상적인 공급의 어려움을 극복하기 위해 새로운 재료 개발에 투자하고 있습니다. 이러한 원료 수급 체계는 페로브스카이트 태양전지의 제조 공정에서 원활한 운용을 보장하며, 대량 생산으로 이어질 수 있는 기반을 형성하고 있습니다. 따라서, 원료 공급망의 안정성과 효율성 확보가 페로브스카이트 태양전지 산업의 성장을 가속화하는데 핵심적인 요소라고 할 수 있습니다.

5. 시장 전망 및 공급망 분석

  • 5-1. 2030년 GW급 양산체제 구축 목표

  • 페로브스카이트 태양전지 산업의 주요한 목표 중 하나는 2030년까지 GW급 양산체제를 구축하는 것입니다. 이는 태양광 발전의 효율성과 경제성을 극대화하기 위한 중요한 이정표로, 세계적으로 재생 에너지의 비중이 증가함에 따라 필요성이 더욱 부각되고 있습니다. 일본의 경제산업성은 이러한 목표 달성을 위해 산업 전반에 걸쳐 다양한 정책을 추진하고 있으며, 연구개발(R&D) 및 설비투자에 대한 지속적인 유입이 필요합니다. 현재, 과거의 연구 성과를 바탕으로 한 원자재 확보와 기술 개발의 안정성을 강화하는 방향으로 나아가고 있습니다.

  • 기술적으로는 롤-투-롤 공정과 같은 혁신적인 제조 공정을 통한 대량 생산 체계를 마련하는 것이 핵심으로 떠오르고 있습니다. 이러한 공정은 생산 효율성을 크게 높일 뿐만 아니라, 생산 비용 절감에도 기여할 수 있는 가능성이 큽니다. 다수의 기업들이 2025년부터 2026년까지 양산화를 염두에 두고 설비 투자나 테스트 마케팅을 계획하고 있으며, 이를 통해 페로브스카이트 태양전지가 시장에 본격적으로 진입하는 기반을 마련할 것으로 기대됩니다.

  • 5-2. 글로벌 부재·필름 시장 성장 예측

  • 글로벌 부재 및 필름 시장은 페로브스카이트 태양전지 기술의 발전과 함께 빠르게 성장할 것으로 전망됩니다. 특히 일본, 유럽, 미국 등에서의 연구개발과 상용화를 통해 필름형 제품이 각광받고 있습니다. 페로브스카이트층과 전하 수송층의 원료 공급망이 국제적으로 다각화되고 있으며, 이러한 흐름은 시장 경쟁력을 높이는 결과를 가져올 것입니다. 일본에서는 배리어 필름, 투명 도전성 필름, 커버 필름 등의 부재 업계의 연구개발이 활발히 진행되고 있습니다.

  • 특히, 하이배리어 필름의 발전과 비용 절감은 효율적인 양산체제를 구축하는 데 있어 중요한 요소로 작용하고 있습니다. 이러한 필름 제품들은 내구성이 뛰어나고 다양한 환경에서의 사용이 가능하여, 단순히 페로브스카이트 태양전지와의 결합만이 아닌, 다른 응용 분야에서도 활용 가능성이 큽니다. 따라서, 기업들은 필름 제품의 개발과 생산에 있어 R&D 투자와 글로벌 협력 모델을 강화하는 전략이 필요합니다. 이러한 시장의 성장은 2030년까지 GW급 양산체제 구축의 큰 디딤돌이 될 것입니다.

6. 유기태양전지(OPV) 필름 산업 현황 및 향후 과제

  • 6-1. OPV 필름 생산 설비 도입 현황 조사

  • 유기태양전지(OPV; Organic Photovoltaics) 산업은 최근 몇 년 동안 급속히 발전하고 있으며, 기존의 태양광 기술과 비교했을 때 경량성과 유연성에서 상당한 장점을 지니고 있습니다. 현재 여러 기업들이 OPV 필름의 생산을 위한 설비 도입을 활발히 진행하고 있습니다. 이들 설비는 대체로 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정 기반으로 설계되어 있으며, 이는 대량 생산에 적합한 방법론으로 각광받고 있습니다. 롤-투-롤 공정은 생산 공정을 연속적으로 진행할 수 있어 제조 비용을 줄이고, 생산 효율성을 극대화할 수 있는 장점이 있습니다. 하지만 이 기술을 상용화하기 위해서는 안정성과 경제성을 확보해야 하며, 다양한 제조 장비와 공정 개발이 병행되어야 합니다. 현재 일부 선도 기업은 이론적 효율 10%에 근접한 성능을 목표로 하고 있으며, 이를 위한 시설 투자를 아끼지 않고 있습니다. 특히, 유럽의 몇몇 기업은 전담 연구소를 운영하며 새로운 필름 소재의 개발과 함께 생산 자동화를 위한 설비 구축에 나서고 있습니다. 또한, ASCA, Heliatek와 같은 기업들은 기술 상용화와 동시에 새로운 파트너십을 통해 생산 능력을 확장하고 있습니다. 이러한 설비 도입 현황은 OPV 필름의 시장 진입을 가속화할 것입니다.

  • 6-2. 주요 원료 및 소재 개발 동향

  • OPV 필름의 생산을 위한 주요 원료 및 소재는 매우 다양합니다. 일반적으로, OPV 필름은 전도성 고분자, 비대칭적인 수용체 및 전하 수송층 등의 조합으로 만들어지며, 이들 각각의 소재는 필름의 효율적인 전력 변환에 중요한 역할을 합니다. 특히, 최근 들어 녹색화학을 통한 원료 개발이 활성화되고 있으며, 전통적인 유기물에서 벗어나 비독성 유기 화합물이나 천연물질을 활용한 연구가 진행되고 있습니다. 이러한 원료는 환경 친화적인 장점뿐만 아니라, 경제적인 측면에서도 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 국가 간 협력을 통해 다국적 연구팀이 설계한 새로운 고분자 소재가 응용될 것으로 예상되며, 이는 OPV의 효율성 문제 해결에 기여할 수 있을 것입니다. 또한, 최근에는 고효율 OPV를 위해 서모 반도체(thermally activated delayed fluorescent, TADF) 물질 개발에 대한 연구가 증가하고 있으며, 이는 턴오버 빈도가 낮은 기존의 유기물보다 뛰어난 성능을 보여줄 가능성이 있습니다. 이처럼, OPV 필름의 핵심 원료와 소재 개발은 앞으로도 지속적인 연구와 혁신이 필요할 것입니다.

  • 6-3. 효율·안정성 개선을 위한 연구 과제

  • OPV 필름 기술 발전에서 가장 큰 도전 과제 중 하나는 효율성과 안정성 증대입니다. OPV는 그 특성상 상대적으로 낮은 전력 변환 효율을 보이며, 일반적으로 10% 내외로 제한됩니다. 이는 다양한 요인에 기인하는데, 그 중 유기물의 구조적 특성과 환경적 요인(습기, 온도 등)이 주요 원인입니다. 따라서, 연구자들은 효율을 높이기 위해 새로운 고분자 및 혼합물 디자인에 초점을 맞추고 있습니다. 특히, 새로운 전하 수송 물질과 수용체의 개발을 통해 이 문제를 해결하려고 합니다. 더불어, 긴 사용 수명을 보장하기 위해 격리 기술과 함께 보호재로서의 적합한 솔루션을 찾아야 합니다. 변형 가능성을 최소화하고, 외부 환경에 대한 저항성을 높이는 연구도 진행되고 있습니다. 이러한 연구 과제들은 OPV의 상용화에 중대한 영향을 미치며, 결국, OPV 기술의 성장은 지속 가능한 에너지 솔루션의 발전에도 기여할 것입니다.

결론

  • 페로브스카이트 태양전지 분야는 2025년 들어 다수의 연구 성과가 현실화 되면서 신재생 에너지 산업 내에서 주목받고 있습니다. '네이처' 표지 논문 게재와 리튬염 결함 제어 기술의 개발은 각각 기술적 성숙도와 사업화 가능성을 크게 향상시키고 있으며, Oxford PV를 비롯한 여러 기업들이 초기 상용화 단계를 거치면서 페로브스카이트 기술의 실질적인 시장 진입 기반을 다지고 있습니다.

  • 현재로서는 롤-투-롤 저온 용액 공정과 같은 혁신적인 생산 기술의 적용으로 인해 효율적이고 경제적인 대량 생산 시스템 구축이 가능해지고 있습니다. 미래에는 2030년까지 설정된 GW급 양산체제를 성공적으로 구축하기 위한 정부와 산업계의 협력과 제조 시설의 확대가 필수적일 것입니다. 이와 같이 글로벌 시장에서 성공적으로 자리 잡기 위해서는 기술적 안정성을 확보하고 원료 공급망을 다변화하는 것이 중요하게 대두되고 있습니다.

  • 반면에 OPV 필름 산업은 여전히 정보가 제한되며, 생산 설비 도입과 원료 개발 동향에 대한 정밀한 분석이 필요합니다. 이 분야에서도 효율성과 안정성을 높이기 위한 과제가 남아 있으며, 유망한 연구 결과들이 지속적으로 나올 가능성이 큽니다. 따라서 향후 페로브스카이트와 OPV 필름 관련 기술의 발전은 국제적으로 에너지 솔루션의 발전을 촉진하는 중요한 요소로 자리 잡을 것으로 기대됩니다.

  • 결국, 정부와 산업계는 페로브스카이트 및 OPV 필름의 보유 기술과 연구 개발 능력을 강화하기 위해 R&D 투자를 확대하고, 경쟁력 있는 글로벌 협력 모델을 통한 성공적인 시장 진입을 지향해야 할 것입니다.

용어집

  • 페로브스카이트: 페로브스카이트는 결정 구조를 가진 반도체 물질로, 태양전지 및 발광 소자 등 다양한 응용 분야에서 높은 효율성을 보이는 소재입니다. 이 물질은 특히 저비용과 뛰어난 광전자적 성능으로 인해 신재생 에너지 기술에서 주목받고 있습니다.
  • 올-페로브스카이트: 올-페로브스카이트(ALL-Perovskite) 태양전지는 모든 층이 페로브스카이트 구조로 구성된 태양전지입니다. 이를 통해 소재의 통합성과 효율성을 극대화하여 높은 전력 변환 효율을 달성할 수 있습니다.
  • 텐덤 셀: 텐덤 셀은 두 개의 태양전지 셀을 겹쳐 놓은 형태로, 각각의 셀은 다른 파장의 빛을 흡수하게 되어 효율성을 극대화합니다. 일반적으로 실리콘 태양전지와 페로브스카이트를 조합하여 뛰어난 효율성을 자랑합니다.
  • 리튬염 결함 제어: 리튬염 결함 제어 기술은 리튬염을 사용하여 페로브스카이트 소재 내 결함을 비활성화하는 방법입니다. 이 기술은 태양전지의 전력 변환 효율 및 안정성을 동시에 향상시키는 데 기여하며, 상용화 가능성을 높입니다.
  • 롤-투-롤 공정: 롤-투-롤(roll-to-roll, R2R) 공정은 연속적인 시트 형태로 소재를 제작하는 방법으로, 페로브스카이트 태양전지의 대량 생산에 적합합니다. 이 기술은 생산성 향상과 비용 절감의 장점을 가지고 있습니다.
  • 저온 용액 공정: 저온 용액 공정은 페로브스카이트 물질을 100도 이하의 온도에서 용액으로 처리하여 박막을 제작하는 생산 방식입니다. 기존의 실리콘 태양전지보다 경제적이고 효율적이며, 유연한 기재로 태양전지를 만들 수 있는 가능성을 제공합니다.
  • 공급망: 공급망은 제품을 생산하기 위해 필요한 원자재 및 부품의 조달, 생산, 유통의 모든 과정을 포괄합니다. 페로브스카이트 태양전지 산업의 성장에는 안정적인 원료 공급망이 필수적입니다.
  • 상용화: 상용화는 연구개발 결과물이 실제 시장에 출현하여 상업적으로 이용 가능한 상태를 뜻합니다. 페로브스카이트 태양전지 및 OPV 필름의 상용화 단계 진입은 신재생 에너지 산업에 중요한 의미를 지닙니다.
  • 고효율 연구: 고효율 연구는 태양전지의 전력 변환 효율을 높이기 위한 연구 활동을 의미하며, 페로브스카이트 태양전지의 효율성을 증가시키기 위한 다양한 기술적인 접근을 포함합니다.
  • 2030 GW 목표: 2030 GW 목표는 2030년까지 태양광 발전을 GW급 규모로 대량 생산할 수 있는 시스템을 구축하겠다는 계획을 의미하며, 이는 세계적으로 재생 에너지 확대의 필요성을 강조합니다.
  • OPV 필름: OPV(Organic Photovoltaics) 필름은 유기별로 구성된 태양전지로, 경량성과 유연성을 가진 제품입니다. OPV 필름은 특정된 환경에서의 태양광 수확에 유리하며, 환경 친화적인 솔루션으로 주목받고 있습니다.

출처 문서