알키미스트 프로젝트 난제정의서 (신재생 분야 ①)
난제의 주제	o 실리콘 태양전지의 이론 한계효율(30%)을 극복하는 슈퍼 태양전지
해결하려는 대상	o 기존 제조단가에 초고효율 달성을 통한 화력발전 이하의 태양광 발전단가 o 고효율 상부 전지 도입을 통한 실리콘 태양전지 한계효율 극복 o 광학적, 전기적 특성의 극대화를 통한 효율 35% 이상 이중접합 태양전지 개발
현재 기술의 한계점	o 상용화된 실리콘 단일접합 태양전지 효율 22-26% 수준, 효율한계 접근 o 페로브스카이트 단일접합 태양전지 최고효율 24.2%, 장기신뢰성 부족 o III-V족 박막/실리콘 이중접합 태양전지 최고효율 32.8%, 저가화와 공정 안전성 개선 필요 o 페로브스카이트/실리콘 이중접합 태양전지는 최고효율 28%, 장기신뢰성 확보 필요
해결대상에 대한 정의	o 기존 결정질 실리콘 태양광 산업적 기반을 활용하여 차세대 시장을 선점할 광 이용기술을 극대화한 1-Sun 기준 효율 35% 이상 이중접합 태양전지 o 중국이 선도하고 있는 기존 시장을 뒤흔들 수 있는 상용화 가능한 독창적 소재와 기술 o 셀 재료는 제한을 두지 않으나, 재료⦁공정 측면에서 가격 경쟁력을 가져야 함(현재 제조단가 0.25$/Wp 참고)
파급효과	o 효율 35% 달성에 따른 설치면적 감소 효과 o 설치면적 감소에 의한 설치비용 감소로 화석연료 발전단가 이하의 경제적이며 지속가능한 친환경 전력 공급 o 반도체 신화에 버금가는 혁신성장동력 확보 o 세계수준의 인력 확보 o 2018년 글로벌 에너지 신규투자액 중 태양광이 140억 달러로 에너지원 중 가장 큰 점유율인 34% 차지 o 2018년 글로벌 설치용량 최초로 100GW 초과하였으며, 재생에너지 일자리 주도
최종 지향목표	o 태양전지 1-Sun 공인효율 35% 이상(최소면적 1cm2) o KS 인증 표준조건에 따른 장기신뢰성 확보 (고온고습시험, 온도사이클시험 포함 2시험 이상 만족) o 제조단가 경쟁력 0.25$/Wp 이하 o 공정의 안전성 o 소재 국산화
지원/예산/추진체계	ㅇ 지원기간 : 선행연구 2년 이내 + 본 연구 5년 내외 o 정부출연금 : 256억원 내외(선행연구 6억원 내외, 본연구 250억원 내외) - ‘19년 3억원 내외 - 1단계 선행연구는 3배수 내외(경쟁형R&D)로 추진할 예정으로, 과제 선정 수에 따라 정부출연금 변동 가능 ㅇ 주관기관 : 비영리기관 ㅇ 기술료 징수여부 : 선행연구 비징수, 본연구 징수
난제발굴위원장	o 신성이엔지 사장 김동섭

알키미스트 프로젝트 난제정의서 (신재생 분야 ②)
난제의 주제	o 투명한 태양전지
해결하려는 대상	o 건물 또는 차량의 창문에 설치 가능한 투명한 태양전지
현재 기술의 한계점	o 기존 실리콘 기반 태양전지는 불투명하고 정형화되어 다양한 응용에 제한 o 가시광선 투과율, 경제성 있는 효율, 장기신뢰성 동시 확보 어려움 - 유기 태양전지 가시광선 투과율 40%, 최고효율 7.2% 달성, 장기 신뢰성 부족 - 염료감응 태양전지 가시광선 투과율 60%, 최고효율 6.2% 달성, 장기 신뢰성 부족 - 페로브스카이트 이중접합 태양전지 가시광선 피크 투과율 77%(800nm), 최고효율 12.7%, 장기신뢰성 부족
해결대상에 대한 정의	o 도로교통법 상 자동차 앞면 창유리 기준, 건물 창호용 Low E 유리와 커튼월 제품을 고려한 가시광선 투과율 70% 이상, 효율 12% 이상 o 단열기능 포함한 일체형(창호 건축외장재 국제규격 만족) 또는 필름 부착형 o 다양한 파장의 빛을 활용한 태양전지 효율 향상 o 경제성과 장기신뢰성 확보
파급효과	o 심미적인 투명 태양전지를 건축물과 자동차용 유리에 적용한다면 시장규모가 크고 에너지효율성 제고 가능 o 단순 경제논리만으로는 실용가능성 낮으나, 범국가적인 지원을 기반으로 자동차와 건물 창호, 모바일 기기 등에 응용 가능하면 100GW 이상 신규 시장 창출 전망 o 2018년 글로벌 에너지 신규투자액 중 태양광이 140억 달러로 에너지원 중 가장 큰 점유율인 34% 차지 o 2018년 글로벌 설치용량 최초로 100GW 초과하였으며, 재생에너지 일자리 주도
최종 지향목표	o 태양전지 1-Sun 공인효율 12% 이상(최소면적 1cm2) o KS 인증 표준조건에 따른 장기신뢰성 (고온고습시험, 온도사이클시험 포함 2시험 이상 만족) o 가시광선 투과율 70% 이상 o 소재 국산화 o 중간결과물은 소형 크기의 시작품, 최종결과물은 건축물과 자동차용 창호일체형 태양전지 시제품
지원/예산/추진체계	ㅇ 지원기간 : 선행연구 2년 이내 + 본 연구 5년 내외 o 정부출연금 : 256억원 내외(선행연구 6억원 내외, 본연구 250억원 내외) - ‘19년 3억원 내외 - 1단계 선행연구는 3배수 내외(경쟁형R&D)로 추진할 예정으로, 과제 선정 수에 따라 정부출연금 변동 가능 ㅇ 주관기관 : 비영리기관 ㅇ 기술료 징수여부 : 선행연구 비징수, 본연구 징수
난제발굴위원장	o 신성이엔지 사장 김동섭

알키미스트 프로젝트 난제정의서 (에너지 효율향상 분야)
난제의 주제	카르노 효율 한계에 근접하는 히트펌프 기술
해결하려는 대상	ㅇ 현재 증기압축식 히트펌프의 효율을 2배 이상 향상시킬 수 있는 새로운 히트펌프 기술
현재 기술의 한계점	ㅇ 이상기후에 의한 폭염과 혹한으로 인한 하절기 냉방부하와 동절기 난방부하의 급증으로 전기사용량의 피크부하가 폭증 ㅇ 현재 주류기술인 증기압축식 히트펌프의 효율향상을 위한 연구는 꾸준히 이루어져 왔으나 압축/열교환/팽창과정의 비가역성으로 현재 방식으로는 COP의 획기적 상승은 불가능함 ㅇ 상용 히트펌프는 표준 냉방운전조건 기준으로﷐COP = 4~5 수준 * COP(Coefficient of performance, 성능계수) : 이동시킨 열량 / 사용된 일
해결대상에 대한 정의	ㅇ COP > 10을 만족하는 히트펌프 시스템 (KS C 9306 냉방 성능 시험 기준, 실외온도 35도, 실내온도 27도) ㅇ 주요 신기술 요구사항 - 가용할수 있는 장치의 제한은 없음 - 기존 히트펌프를 대체할 수 있는 수준의 용량 증대가 가능할 것 - 기존 히트펌프와 동등수준의 소재 내구성이 필요함 - 기존 히트펌프와 동일한 설치조건에서 작동 가능하여야 함
파급효과	ㅇ 냉난방 소비전력의 50% 이상 감소효과 및 전력피크 저감 기대 ㅇ 혁신적 고효율 기술로 미래 냉난방시장 재편 ㅇ 대용량에 대한 기술성 및 경제성 확보하여 상용화하면 매우 빠른 속도의 시장점유 가능 ㅇ 중국 등의 후발국에 대한 기술적 진입장벽 구축가능 ㅇ 요소기술의 활용분야가 매우 넓음- 냉난방기기, 산업공정기기 등 열기기- 핵심 소재를 활용한 타 분야 응용확대 가능
최종 지향목표	ㅇ 10kW 이상 대용량에서 COP(10이상) 및 내구성 목표(상용 제품과 동등 수준 이상) 달성
지원/예산/추진체계	ㅇ 지원기간 : 선행연구 2년 이내 + 본 연구 5년 내외 ㅇ 정부출연금 : 260억원 내외(선행연구 10억원 내외, 본연구 250억원 내외) - ’19년 5억원 내외 - 1단계 선행연구는 3배수 내외(경쟁형R&D)로 추진할 예정으로, 과제 선정 수에 따라 정부출연금 변동 가능 ㅇ 주관기관 : 비영리기관 ㅇ 기술료 징수여부 : 선행연구 비징수, 본연구 징수
난제발굴위원장	ㅇ 한국기계연구원 센터장 손정락