대면적 페로브스카이트 태양전지 효율 33% 갱신
실리콘-페로브스카이트 탠덤의 상용화 도약
태양광 발전은 이미 재생에너지의 핵심으로 자리 잡았지만, 여전히 “효율과 비용”이라는 이중 과제에 직면해 있다. 실리콘 단일전지(Si) 기술은 수십 년 동안 발전을 거듭하며 26% 안팎의 효율 한계에 가까워졌다. 이 한계를 넘어설 새로운 해법으로 부상한 것이 바로 '실리콘-페로브스카이트 탠덤 전지'다.
2025년, 세계 최대 태양광 기업 중 하나인 'LONGi'는 대면적(260cm²) 규모의 실리콘-페로브스카이트 탠덤 전지에서 '33%의 전력변환효율(PCE)'을 달성했다고 발표했다. 이는 국제적으로 권위 있는 'NREL(미국 국립재생에너지연구소)' 인증을 획득한 첫 사례이자, 양산 가능한 대형 셀 기준에서 달성된 세계 최고 기록이다. 단순한 연구실 성과를 넘어 '상용화 단계로의 돌파구'를 보여준 중요한 이정표다.
중온 공정, 대면적에서의 균일성 확보
페로브스카이트 전지 연구는 1cm² 내외의 소면적 셀에서 25% 이상의 효율을 달성하며 학문적으로는 큰 진전을 이루어왔다. 그러나 수백 cm²급 대면적 전지로 확장하면, '균일한 박막 코팅·계면 결함·습도 안정성' 문제로 효율이 급락하는 것이 일반적이었다.
LONGi 연구진은 '중온(약 100°C 수준)에서 구현 가능한 저손실 전해질 증착 공정'과 '계면 엔지니어링'을 결합해, 대면적에서도 균일한 페로브스카이트 박막 형성을 달성했다. 이 과정에서 전하 재결합을 억제하고, 전류 매칭을 정밀하게 맞춰 실리콘과 페로브스카이트의 탠덤 효과를 극대화했다.
특히 '260cm²'라는 대형 셀에서 기록된 효율이라는 점은 단순한 소규모 연구 성과가 아닌, '산업적 확장성'을 입증했다는 의미가 있다.
저비용·고효율·확장성의 삼박자
페로브스카이트 소재는 용액 공정으로 제조가 가능해 실리콘 대비 '저비용·저온 생산'이 가능하다. 여기에 실리콘과 결합하면 기존 생산 라인을 크게 변경하지 않고도 탠덤 구조로 업그레이드할 수 있다는 장점이 있다.
* '저비용성': 실리콘 웨이퍼 기반 공정은 그대로 두고, 페로브스카이트 박막을 증착하는 방식으로 추가 효율을 확보할 수 있다.
* '고효율성': 서로 다른 파장대(실리콘은 적색, 페로브스카이트는 청색-녹색 영역)를 흡수해 '스펙트럼 활용 극대화'가 가능하다.
* '확장성': 대면적 셀에서 33%를 기록했다는 것은 곧 '상업용 모듈화'로 이어질 수 있음을 뜻한다.
태양광 산업과 환경에 미치는 의미
이번 성과는 단순히 효율 향상을 넘어, 태양광 산업 전반과 에너지 전환 전략에 중대한 함의를 던진다.
첫째, '재생에너지 확대의 가속화'다. 태양광 발전 단가(Levelized Cost of Electricity, LCOE)는 효율이 높아질수록 급격히 낮아진다. 33% 효율은 동일 면적에서 더 많은 전기를 생산해, 부지·설비·운영비 절감을 가능하게 한다.
둘째, '지속 가능성의 강화'다. 실리콘 단독으로는 기술적 한계에 부딪힌 상황에서, 페로브스카이트 결합은 환경적 부담을 줄이면서도 차세대 전환을 가능하게 한다. 원료의 상대적 풍부함과 공정 단순화는 장기적으로 자원 채굴 부담을 줄인다.
셋째, '산업 구조 재편'이다. 만약 페로브스카이트 탠덤이 상용화된다면, 기존 실리콘 기반 기업들과 신규 소재 기업 간의 '경쟁과 협력' 구도가 새롭게 형성될 것이다. LONGi의 이번 성과는 중국 태양광 기업이 글로벌 주도권을 선점하는 상징적 신호로도 읽힌다.
상용화를 향한 과제들
물론 아직 넘어야 할 장벽도 뚜렷하다.
* '대규모 모듈 실증': 연구실 수준과 달리, 수십·수백 W급 모듈에서 동일 효율을 유지할 수 있는지 추가 검증이 필요하다.
* '장기 안정성': 페로브스카이트 소재는 수분·산소·광열 스트레스에 취약하다. 실외 환경에서 20\~25년간 성능을 유지하는 내구성 확보가 관건이다.
* '공정 최적화': 저비용 대량 생산을 위해 롤투롤(Roll-to-Roll) 코팅, 저온 증착 등 공정 혁신이 필요하다.
* '안전성과 규제': 일부 페로브스카이트 조성에는 납(Pb)이 포함되어 있어, 환경 규제와 재활용 문제를 해결해야 한다.
태양광을 다시 그리다
이번 성과의 의의는 단순히 “효율 기록 갱신”이 아니다. '실리콘 한계에 도전하는 새로운 세대의 태양전지'가 본격적으로 산업 무대에 진입했음을 보여준다.
이는 마치, 기존의 한정된 자원에 기댄 에너지 체계가 '새로운 소재 혁신'을 통해 또 한 번 확장되는 과정이다. 페로브스카이트 탠덤은 태양광을 “더 싸고, 더 작고, 더 강력한 발전원”으로 재정의하고 있다.
앞으로 10년 안에 페로브스카이트-실리콘 탠덤이 상용화된다면, 태양광은 단순한 보조 전원이 아닌 '세계 전력 시장의 주력 에너지원'으로 자리매김할 것이다.
* Reference
LONGi, April, 2025. 'LONGi Sets New World Record Efficiency of 34.85% for Silicon-Perovskite Tandem Solar Cell (12cm²)'.
Large-Area Perovskite Solar Cell Efficiency Reaches 33%
A Leap Toward Commercialization of Silicon-Perovskite Tandem Technology
Solar power has already established itself as the core of renewable energy, but it still faces a dual challenge of 'efficiency and cost'. Single-junction silicon (Si) technology has advanced for decades, reaching close to its theoretical efficiency limit of around 26%. The solution emerging to surpass this boundary is the 'silicon-perovskite tandem solar cell'.
In 2025, 'LONGi', one of the world’s largest solar companies, announced that it achieved a 'power conversion efficiency (PCE) of 33%' with a large-area (260 cm²) silicon-perovskite tandem solar cell. This record, certified by the internationally recognized 'NREL (U.S. National Renewable Energy Laboratory)', marked the first case of such validation on an industrially scalable large cell. It represents not just a laboratory breakthrough but a 'critical milestone toward commercialization'.
Intermediate-Temperature Processing and Uniformity at Large Area
Research on perovskite solar cells has long demonstrated efficiencies above 25% on small-area cells of around 1 cm². However, when scaled up to hundreds of cm², issues such as 'non-uniform thin-film coating, interfacial defects, and humidity instability' typically caused steep drops in performance.
The LONGi research team combined 'low-loss electrolyte deposition processes operable at intermediate temperatures (around 100 °C)' with advanced 'interface engineering', successfully forming highly uniform perovskite films even on large areas. This suppressed charge recombination and precisely matched current between the silicon and perovskite layers, maximizing the tandem effect.
The fact that this record was achieved on a '260 cm² large-area cell' underscores its 'industrial scalability', not just small-scale laboratory feasibility.
The Triple Advantage: Low Cost, High Efficiency, and Scalability
Perovskite materials can be manufactured through solution processing, enabling 'low-cost, low-temperature production' compared to silicon. Moreover, combining perovskite with silicon offers the advantage of upgrading existing production lines into tandem structures without major overhauls.
* 'Low cost': By keeping silicon wafer processes intact and simply adding a perovskite film, additional efficiency gains can be obtained with minimal infrastructure changes.
* 'High efficiency': By absorbing different parts of the spectrum (silicon primarily red, perovskite primarily blue-green), tandem cells enable 'maximized spectrum utilization'.
* 'Scalability': Achieving 33% efficiency on a large-area cell demonstrates clear potential for 'commercial module production'.
Implications for the Solar Industry and the Environment
This achievement extends far beyond an incremental boost in efficiency; it carries profound implications for the solar industry and global energy transition strategies.
First, it 'accelerates renewable energy deployment'. The levelized cost of electricity (LCOE) from solar drops significantly as efficiency rises. At 33%, more electricity can be generated from the same area, reducing land, equipment, and operating costs.
Second, it 'strengthens sustainability'. With silicon-only technology hitting its ceiling, combining it with perovskite enables a new pathway for environmentally responsible progress. The relative abundance of raw materials and simplified processes reduce long-term resource extraction pressures.
Third, it 'reshapes industrial structures'. If perovskite tandem technology reaches commercialization, the balance of competition and cooperation between established silicon-based manufacturers and new material companies will shift. LONGi’s achievement signals China’s intent to seize a leading position in global solar innovation.
Challenges Toward Commercialization
Nevertheless, clear hurdles remain before full industrial adoption.
* 'Large-scale module validation': Beyond laboratory-scale, further testing is required to ensure the same performance in modules of tens to hundreds of watts.
* 'Long-term stability': Perovskite materials remain vulnerable to moisture, oxygen, and photo-thermal stress. Ensuring durability for 20–25 years in outdoor conditions is essential.
* 'Process optimization': Cost-effective mass production will require innovations such as roll-to-roll coating and low-temperature deposition.
* 'Safety and regulation': Some perovskite compositions contain lead (Pb), raising environmental and recycling concerns that must be addressed to meet global regulatory standards.
Redefining Solar Power
The significance of this milestone is not just a “new efficiency record.” It demonstrates that a 'new generation of solar cells challenging silicon’s limits' is finally entering the industrial stage.
This resembles the way an energy system long dependent on limited resources expands again through 'materials innovation'. Perovskite tandems are redefining solar energy as a “cheaper, smaller, and more powerful source of generation.”
If silicon-perovskite tandems are commercialized within the next decade, solar energy will no longer be viewed as an auxiliary power source but will instead become the 'dominant energy provider in global electricity markets'.
* Reference
LONGi, April, 2025. 'LONGi Sets New World Record Efficiency of 34.85% for Silicon-Perovskite Tandem Solar Cell (12cm²)'.
