35.5%, 단일접합의 한계를 넘은 태양전지 — 페로브스카이트 탠덤은 어디까지 왔나

Science Explainer 2026년 08월 03일

2026년 7월 14일, 중국 LONGi가 결정질 실리콘·페로브스카이트 탠덤 태양전지로 변환 효율 35.5%를 기록했습니다. 유럽위원회 공동연구센터 산하 ESTI가 인증한 값이에요.

이 숫자가 특별한 이유는 넘어선 선 때문입니다. 단일접합 태양전지가 물리적으로 넘을 수 없는 한계는 33.7%로 계산돼 있는데, 탠덤은 그 위에서 놀고 있습니다.

그런데 지금 지붕에 올릴 수 있는 태양광 패널의 효율은 대개 20% 초반입니다. 실험실의 35.5%와 시장의 20% 초반 사이에는 몇 년치 거리가 있고, 이 글은 그 거리를 다룹니다.

기록은 어디까지 왔나

결정질 실리콘·페로브스카이트 탠덤 셀 세계 기록 갱신 흐름 (2023.11~2026.07) — 출처: LONGi 발표 수치 기반 자가 렌더

LONGi 한 회사가 2023년 11월 33.9%에서 시작해 2026년 7월 35.5%까지 다섯 번 기록을 갈아치웠습니다. 2년 8개월 동안 1.6%포인트가 올라간 셈인데, 성숙한 실리콘 기술이 같은 폭을 올리는 데 십 년 넘게 걸린 걸 생각하면 빠른 편이에요.

다만 표기를 볼 때 주의할 게 있습니다. 34.85%는 미국 NREL 인증, 35.2%와 35.5%는 유럽 ESTI 인증으로 기관이 갈립니다. 기관마다 측정 조건과 스펙트럼 기준이 조금씩 달라서, 소수점 아래를 두고 순위를 다투는 구간에서는 같은 자로 잰 값인지 확인하는 게 먼저입니다.

실리콘 한 장으로는 넘을 수 없는 선

두 층이 서로 다른 파장대의 빛을 나눠 흡수하는 탠덤 구조 개념 — 출처: agy 생성

태양광은 자외선부터 적외선까지 넓은 파장대가 섞인 빛입니다. 반면 반도체 한 종류는 밴드갭이라는 자기만의 문턱을 하나만 갖습니다. 여기서 두 가지 손실이 동시에 생겨요.

투과 손실 — 밴드갭보다 에너지가 낮은 빛(적외선 쪽)은 흡수되지 못하고 그냥 통과합니다.

열화 손실(thermalization) — 밴드갭보다 에너지가 훨씬 높은 빛(자외선·청색 쪽)은 흡수는 되지만, 남는 에너지가 전기가 아니라 열로 빠져나갑니다.

1961년 William Shockley와 Hans Queisser가 이 손실을 계산해 내놓은 단일접합의 상한이 33.7%입니다. 실리콘은 밴드갭이 1.12eV로 그 최적값보다 낮아서 상한이 더 내려가고, 오제 재결합 같은 실제 손실까지 넣으면 29.4%가 현실적인 천장으로 통합니다.

지금 실리콘 셀의 세계 기록이 28.13%(LONGi HIBC, ISFH 인증, 2026년 4월)예요. 천장에서 1.3%포인트 남았습니다. 30년간 개량해 온 기술이 물리 한계 코앞까지 왔다는 뜻이고, 그래서 다음 수를 다른 데서 찾아야 했습니다.

그래서 탠덤은 무엇을 겹치나

단일접합과 탠덤의 이론 한계 및 최고 기록 비교 — 출처: LONGi 발표·논문 수치 기반 자가 렌더

해법은 단순합니다. 밴드갭이 다른 셀을 위아래로 겹치면 된다는 것.

위층은 밴드갭이 넓은 재료가 맡아 높은 에너지의 빛을 먼저 처리하고, 아래로 통과한 낮은 에너지의 빛은 밴드갭이 좁은 실리콘이 받습니다. 각 층이 자기에게 맞는 파장만 다루니 열화 손실이 줄어듭니다.

층	재료	밴드갭	맡는 빛
상부 셀	광대역 페로브스카이트	약 1.6~1.7eV	자외선·가시광
하부 셀	결정질 실리콘	약 1.12eV	적색·근적외선

두 층을 이렇게 쌓으면 이론 한계가 43%까지 열립니다. 실리콘 단독의 29.4%와 비교하면 1.5배 가까이 되는 여유예요.

위층 재료로 하필 페로브스카이트가 뽑힌 이유는 세 가지입니다.

밴드갭을 조성으로 조절할 수 있습니다. 할로겐 원소 비율만 바꿔도 흡수 파장이 이동해, 아래 실리콘과 짝을 맞추기 좋습니다
용액 공정으로 저온에서 만듭니다. 실리콘처럼 1,000℃대 고온 공정이 필요 없어서, 이미 만들어 둔 실리콘 셀 위에 얹기 쉽습니다
흡수 계수가 높습니다. 수백 나노미터 두께로도 빛을 충분히 잡아냅니다

문제는 이 셋을 얻는 대가로 물과 산소와 자외선에 약한 재료를 받아들여야 한다는 것입니다. 이 글 후반부의 주제가 전부 여기서 나옵니다.

한 가지 더. 상용 탠덤은 대부분 두 층을 전기적으로 직렬 연결하는 2단자 모놀리식 구조인데, 직렬이라 두 층에 흐르는 전류가 적은 쪽에 맞춰집니다. 위아래 발전량을 정확히 맞추는 전류 정합이 설계의 핵심이고, 계절이나 시간대에 따라 햇빛 스펙트럼이 바뀌면 이 균형이 흔들립니다.

실험실 셀과 공장 모듈 사이의 거리

같은 기술이라도 셀 크기와 모듈 단계에 따라 갈리는 효율 — 출처: LONGi·Oxford PV 발표 수치 기반 자가 렌더

35.5%라는 기록은 면적을 공개하지 않은 실험실 소자의 값입니다. LONGi 스스로도 이 셀에 대해 양산 계획이 없다고 밝혔고, pv magazine은 이 값을 “상용 모듈이나 양산 제품이 아닌 인증된 실험실 소자”로 못 박았습니다.

같은 회사가 함께 공개한 다른 숫자들을 늘어놓으면 낙차가 보입니다.

산업용 크기에 가까운 261㎠ 셀에서 34.3%, 274㎠ 셀에서 32.2%
모듈 단계에서 31.4%와 29.4%
실제로 팔리는 물건인 Oxford PV의 싱글드 모듈은 25.6%(2026년 6월)

효율이 이렇게 깎이는 이유는 크게 셋입니다. 면적이 커지면 투명 전극의 저항 손실이 커지고, 넓은 면에 페로브스카이트 막을 균일하게 입히기 어려워지며, 셀을 이어 모듈로 만드는 과정에서 배선·간격이 면적을 잡아먹습니다.

실험실 기록과 상용 모듈 사이에는 늘 10%포인트쯤의 계단이 있습니다.

참고로 상용 실리콘 모듈의 세계 기록은 26.4%(LONGi, 2026년 4월)입니다. 즉 지금 팔리는 탠덤 모듈은 최고급 실리콘 모듈을 아직 확실히 앞서지 못했습니다. 탠덤의 승부처는 기록이 아니라 이 구간을 얼마나 빨리 올리느냐입니다.

글러브박스를 벗어날 수 있나

대기 중 공정으로 31.72%를 낸 UNIST·KAUST 공동 연구 논문 (Nature Photonics, 2026-06-01) — 출처: Nature Photonics

효율 경쟁만큼 중요한데 덜 알려진 문제가 어디에서 만드느냐입니다.

고성능 페로브스카이트 셀은 보통 수분과 산소를 차단한 글러브박스 안에서 만듭니다. 투명 전극 위에 까는 자기조립 단분자막(SAM)이 공기 중 수분에 흐트러져 막이 불균일해지기 때문이에요. 문제는 이 방식이 공장으로 옮겨가지 않는다는 점입니다. 대면적 라인 전체를 불활성 분위기로 유지하려면 설비비가 뛰니까요.

UNIST 에너지화학공학과 석상일 특훈교수와 신소재공학과 최경진 교수 연구팀이 사우디아라비아 KAUST의 Stefaan De Wolf 교수팀과 함께 이 지점을 건드렸습니다. 논문은 Ternary self-assembled molecular contact for ambient-processed perovskite/silicon tandem solar cells, Nature Photonics 20권 835~842쪽에 2026년 6월 1일 실렸어요.

핵심은 기존 SAM 재료(Me-4PACz)에 두 가지를 섞은 3성분 계면 물질입니다.

글리세롤 다이메타크릴레이트(GDMA) — 증착 때 공용매로 작용해 막을 고르게 깔고, 가벼운 열경화를 거치면 친수성 네트워크로 바뀌면서 SAM을 기판에 단단히 붙잡습니다

1-아세틸구아니딘(AG) — 계면 결함을 추가로 억제합니다

결과는 논문 초록에 그대로 나옵니다. 광대역 페로브스카이트 단일 셀은 대기 중에서 21.20%(1.00㎠, 개방전압 1.28V), 실리콘과 쌓은 모놀리식 탠덤은 대기 중 31.72%(인증 31.36%)를 냈습니다. 같은 구조를 불활성 분위기에서 만들면 32.60%니까, 대기 중 제조의 손해가 1%포인트 아래로 줄어든 셈이에요.

UNIST 발표에 따르면 보호 포장 없이 85℃에 600시간 둔 뒤에도 초기 성능의 92% 이상, 모의 태양광 1,000시간 조사 후에도 90% 이상을 유지했습니다. 연구팀은 이를 대면적 공정으로 확장할 기술적 기반으로 설명했습니다 — 확장을 마쳤다는 뜻이 아니라 기반이라는 표현을 그대로 옮깁니다.

인증서가 나오고, 첫 주문이 들어왔다

파일럿 라인에서 검사대를 지나는 탠덤 모듈 개념 — 출처: agy 생성

2025~2026년에 걸쳐 탠덤은 논문 밖에서 두 가지 문턱을 넘었습니다. 인증과 첫 상업 거래입니다.

Qcells는 2026년 7월, 페로브스카이트·실리콘 탠덤 기술로 IEC 61215와 UL 61215를 동시에 충족한 첫 사례라며 TÜV Rheinland 인증을 받았다고 밝혔습니다. 앞서 2025년 5월에는 같은 규격의 스트레스 시험 통과를 발표했고, 시험 항목은 이렇습니다.

시험	조건	무엇을 보나
자외선 전처리	15kWh/㎡	자외선에 의한 열화
열 순환	200회	온도 변화에 따른 팽창·수축
습도-동결	10회	침투한 수분이 얼며 일으키는 손상
고온고습	85℃·85% 1,000시간	수분·열 장기 노출

시험에 쓰인 셀과 모듈은 독일 비터펠트-볼펜의 탠덤 파일럿 라인에서 M10 풀사이즈 웨이퍼로, 양산용 공정만 써서 만들었습니다. 실험실 시편이 아니라 공장 물건으로 규격을 통과했다는 게 이 발표의 요점이에요.

시장 쪽 움직임도 함께 정리하면 이렇습니다.

기업	위치	현재 위치	계획
Oxford PV	독일 브란덴부르크	모듈 25%, 세계 첫 상업 출하 완료	2026년 26%·수명 15년, 2027년 27%·20년, 2030년 30%·30년
Qcells	독일 비터펠트-볼펜	IEC·UL 61215 인증 취득	파일럿 라인 검증 후 양산
GCL Optoelectronics	중국 쿤산	중국 첫 상업 입찰 1.2MW 수주	2026년 내 납품, 25년 출력보증
Tandem PV	미국 프리몬트	100㎠ 데모 모듈 30.4%(자체 측정)	2026년 첫 상업 판매, 2028년 대량생산
한화큐셀	충북 진천·독일 탈하임	진천 파일럿 설비 구축(1,365억 원)	2029년 양산 목표

GCL이 받은 주문은 중국 5대 발전 국유기업 중 하나인 화능그룹 청정에너지연구원이 낸 1.2MW 규모로, 양산 효율 25% 이상과 IEC 61215·61730 인증, 25년 출력보증을 조건으로 걸었습니다. 규모는 작지만 입찰 서류에 탠덤이 등장하기 시작했다는 신호입니다.

국내에서는 2026년 4월부터 한국에너지기술평가원 주관으로 3년짜리 국책 과제가 돌아가고 있습니다. 한화큐셀을 포함한 9개 기관이 상용 면적 1.7㎡ 이상, 모듈 효율 28% 이상을 실증 목표로 잡았어요.

1년을 야외에 뒀더니

삼중접합 페로브스카이트 셀의 옥외 1년 성능 논문 (Solar RRL, 2026-06-09) — 출처: Solar RRL (CC BY-NC-ND 4.0)

가속 시험을 통과하는 것과 실제 하늘 아래서 버티는 것은 다른 문제입니다. 네덜란드 TNO와 독일 프라운호퍼 ISE가 그 차이를 1년간 측정해 Solar RRL 10권 e70390(2026년 6월 9일)에 실었습니다.

시험체는 페로브스카이트·페로브스카이트·실리콘을 쌓은 삼중접합 셀(1㎠)이고, 장소는 네덜란드 페턴입니다. 야외에 두고 전류-전압 곡선을 계속 찍었어요.

삼중접합 시험 셀의 옥외 1년 효율 변화 — 출처: Solar RRL 게재 수치 기반 자가 렌더

초기 17~18%로 시작해 1년 뒤 13~14%까지 내려갔습니다
초기 성능의 80%가 되는 데 4개월, 50%까지는 6개월이 걸렸습니다
1년간 에너지 수율은 0.75kWh/Wp로, 그 기간 내리쬔 태양에너지의 약 10% 수준이었습니다

흥미로운 건 원인입니다. 저자들은 열화의 상당 부분이 흡수층 자체가 아니라 상부·중간 페로브스카이트와 전하 수송층, 그리고 봉지재 박리에서 왔다고 봤습니다. 봉지에 필요한 온도 처리 단계가 성능을 크게 떨어뜨렸는데 야외에서 몇 주 지나자 그 손실은 회복됐고, 세 접합 모두 1년 뒤까지 작동은 하고 있었습니다.

즉 재료가 죽은 게 아니라 재료를 감싸는 방법이 아직 덜 됐다는 진단에 가깝습니다. 나쁜 소식이자, 고칠 여지가 있다는 소식이기도 해요.

그런데 어디까지가 과장인가

차세대 에너지 기사는 기록 숫자만 옮기면 쉽게 써집니다. 그래서 브레이크를 한 번 밟겠습니다.

① 35.5%는 제품이 아니라 시편입니다

면적조차 공개되지 않은 실험실 셀이고, LONGi도 양산 계획이 없다고 밝혔습니다. 소비자가 살 수 있는 탠덤 모듈은 25% 안팎이고 이건 최고급 실리콘 모듈(26.4%)과 아직 겹치는 구간입니다.

② 위의 옥외 데이터는 상용 모듈 얘기가 아닙니다

TNO·프라운호퍼가 시험한 건 1㎠짜리 삼중접합 연구용 셀입니다. 층이 하나 더 많아 불안정 요소도 더 많고, 상용화가 추진되는 2접합 탠덤 모듈과 곧바로 등치시키면 과장이 됩니다. 반대로 Tandem PV가 내세운 연 1% 열화는 65℃ 자외선 가속 시험 기반의 자체 추정치라 이것대로 낙관하기도 이릅니다. 양쪽 다 아직 25년치 실측이 없습니다.

③ 납이 남아 있습니다

현재 고효율 페로브스카이트는 대부분 납을 씁니다. 페로브스카이트 층 무게의 10% 이상이 납이라 EU RoHS의 균질 재료당 0.1% 상한을 크게 넘고, 학계 검토 기준 모듈 1㎡당 대략 0.8g 수준이 들어갑니다. 다만 EU는 고정 설치형 태양광 패널을 RoHS 적용 제외 범주로 두고 있어 당장 판매가 막히는 상황은 아닙니다. 납을 뺀 주석 기반 대안은 2025년 기준 최고 효율이 17%대로, 성능 격차가 아직 큽니다.

④ 일정은 이미 한 번 밀렸습니다

한화솔루션은 2022년에 2026년 탠덤 양산을 로드맵으로 공개했지만, 2026년 현재 목표는 2029년입니다. Oxford PV의 양산 시점도 2027년으로 잡혀 있고요. 기술 발표가 잦다고 상용화 시계가 그만큼 빨리 도는 건 아닙니다.

⑤ 결국 기준은 효율이 아니라 원가입니다

Qcells 유럽법인의 Fabian Fertig 디렉터는 실리콘 모듈과 경쟁하려면 kWh당 0.025유로로 전기를 만들 수 있어야 한다고 말했습니다. 효율이 5%포인트 높아도 수명이 절반이면 이 숫자가 안 나옵니다. 그래서 업계가 지금 붙잡고 있는 건 효율 기록이 아니라 수명과 수율이에요.

그렇다면 무엇이 남나

방향은 분명하고 시점은 불확실합니다. 이론 한계 43%는 물리가 보장하고, 인증서와 첫 주문은 실제로 나왔습니다. 다만 지금 넘고 있는 문턱은 효율이 아니라 봉지·수명·대면적 수율이고, 이건 논문 한 편으로 끝나는 종류의 일이 아닙니다.

지금 무엇을 보면 되나

지붕에 올릴 패널을 고르는 입장이라면 답은 간단합니다. 2026년 현재 살 만한 물건은 여전히 실리콘 모듈입니다. 탠덤은 아직 25년 실적이 없고, 출력보증을 25년으로 내건 제품도 이제 막 첫 납품에 들어갔습니다.

대신 앞으로 볼 지표는 이 셋입니다.

상용 면적 모듈의 효율이 28%를 넘는가 — 국내 국책 과제의 목표치이자, 실리콘 최고급 모듈을 확실히 앞지르는 선입니다
출력보증이 25년으로 붙는가 — 보증 연수는 제조사가 스스로 감당하겠다고 선언한 수명이라, 어떤 발표 자료보다 정직한 신호입니다
옥외 실측이 몇 년치 쌓이는가 — 가속 시험 통과와 실제 하늘 아래 3~5년은 다릅니다

기록 갱신 소식은 앞으로도 자주 올라올 겁니다. 그때 효율 숫자 옆에 면적과 인증기관과 그게 셀인지 모듈인지를 같이 보면, 그 발표가 실험실 얘기인지 공장 얘기인지 바로 갈립니다.