[와우투게더] 핵사에너지, “실리콘은 못 하는 창문 발전, BCN 신소재로 세계 최초로 구현한다”

• 투자유치 단계: 프리시리즈A
• 투자유치 목표금액: 5억 원
• 투자유치 목표시기: 2026년 4분기

전 세계 건물에서 사용하는 에너지 중 특정 비율 이상을 재생에너지로 대체해야 하는 의무화 정책이 빠르게 확산되고 있다.

한국은 2020년부터 제로에너지빌딩(ZEB) 의무화를 공공건물에 우선 적용했고, 2025년 12월부터는 연면적 1,000㎡ 이상 민간 건물에도 사용 전력의 20% 이상을 재생에너지로 채워야 한다는 기준이 시행됐다. 공공건물은 이보다 높은 40% 기준을 적용받는다.

이 기준은 건축 착공이 아니라 건축허가 신청 시점부터 적용되기 때문에, 지금 설계 중인 거의 모든 신축 건물이 이미 규제 대상이다. 유럽과 일본에서도 비슷한 의무화가 이미 시행 중이며, 도시 건물의 재생에너지 중 95% 이상이 태양광에 의존하고 있다.

문제는 이 기준을 채울 실질적인 수단이 마땅치 않다는 데 있다. 시장을 지배하는 결정질 실리콘 태양전지(1세대)는 무겁고 딱딱해 지붕 및 외벽 BIPV에 설치되고 있지만 그마저도 하중 제한 탓에 면적을 100% 쓰지 못한다. 외벽형 BIPV(건물일체형태양광발전, Building Integrated Photovoltaic)도 곡면이나 투명 창호는 대체할 수 없어, 건물 전체 표면(창호 50%, 외벽 40%, 지붕 10%)에서 실제 활용 가능한 면적은 30% 이하에 그친다.

무게를 개선한 CIGS·CdTe 등 2세대 태양전지도 소재 자체가 투명해질 수는 없어 창호 시장엔 답이 없다. 소재가 얇고 투명하게 만들 수 있는 페로브스카이트·유기물 등 3세대는 안정성이 낮아 수명을 확보하지 못했으며, 안정화에 성공한 제품도 효율이 10% 안팎까지 떨어져 상용화와는 거리가 있다. 시중의 ‘투명 태양광’도 대부분 불투명 실리콘 패널을 일부만 비워 패터닝한 것일 뿐, 소재 자체가 투명한 제품은 아직 상용화된 적이 없다.

핵사에너지는 이 공백을 붕소·탄소·질소(BCN) 신소재로 풀겠다고 나선 딥테크 스타트업이다. 고려대학교에서 그래핀 등 나노소재의 전자소재 응용을 연구하던 고한빈 대표가 박사 과정 중 우연히 BCN 소재를 접하고 별도 연구를 진행하다, 학위 취득과 동시에 창업했다. 그래핀이 탄소로만 이루어져 밴드갭이 없는 반도체인 반면, BCN은 탄소 비율에 따라 밴드갭이 변해 반도체 특성을 가지면서 흡수하는 빛의 파장을 자유롭게 조절할 수 있다는 것이 핵심이다.

이 특성 덕분에 적외선·자외선만 흡수하고 가시광선은 통과시키는 투명한 태양전지, 원자층 단위로 두께와 색상까지 조절 가능한 유연 태양전지를 구현할 수 있다는 것이 회사 측 설명이다. 현재 발전 효율은 가장 불투명하게(어둡게) 만든 모듈 기준 최대 18%로 1세대 실리콘(20~22%)에는 못 미치지만, 수명 측면에서는 자체 평가 기준으로 25~30년 이상을 달성했다고 한다. 성능 저하율 역시 실리콘(연 0.3% 열화)보다 나은 연 0.25% 수준을 확보했으며, 현재 발전효율과 수명에 대한 KCL 공인시험을 진행 중이다.

코오롱글로벌과 복층유리 형태의 창호 실증(PoC)을 진행 중이며, 연내 공인시험 성적서 확보와 2027년 3월 제품 출시를 목표로 하고 있다. 누적 2억 원의 시드 투자를 받은 데 이어, 올해 안에 5억 원 규모의 추가 투자를 유치하려는 고한빈 대표를 만나 창문을 발전 공간으로 바꾸겠다는 도전을 들어봤다.

Q. 핵사에너지는 어떤 회사인가요?

BCN 신소재를 태양광 발전장치에 적용해서, 기존보다 가볍고 투명한 태양광 발전장치를 구현하는 회사입니다. 이 기술로 건물의 태양광 발전량을 2.5배까지 늘릴 수 있는 솔루션을 개발하고 있습니다.

Q. 기존 태양광 패널에는 어떤 문제가 있나요?

기존 태양광 발전장치는 대부분 실리콘 소재로 만들어지는데, 실리콘은 무겁고 딱딱하고 유연하지 않아서 적용할 수 있는 공간이 굉장히 제한적입니다. 그래서 지금 우리가 흔히 보는 태양광 패널은 산, 들, 호수, 바다, 논밭처럼 넓은 자연 공간에 깔리는데, 태양광을 설치하겠다고 자연을 훼손해야 하는 모순적인 상황이 생깁니다. 그래서 최근에는 이런 문제를 해결하기 위해 도시 건물의 표면을 활용하려는 흐름이 커지고 있습니다.

다만 건물에 적용하려 해도 실리콘 패널은 무겁고 딱딱한 특성 때문에 외벽에도 적용되지만 대부분 지붕에만 설치되고, 그마저도 하중 제한 때문에 지붕 면적 활용도가 낮습니다. 외벽재를 대체하는 BIPV 형태로도 일부 쓰이지만 곡면에는 적용할 수 없고, 하중 제한과 투명 창호를 대체할 수 없다는 한계 때문에 외벽 면적도 제한적으로만 활용됩니다. 결과적으로 실리콘 패널의 최대 면적 활용도는 30% 이하로 나타나고 있습니다.

Q. 핵사에너지는 언제, 어떻게 시작하게 됐나요?

저는 고려대학교에서 박사학위 과정을 밟고 있었고, 졸업과 동시에 바로 핵사에너지를 창업했습니다. 박사 과정에서는 탄소나 그래핀 같은 나노소재를 전자소재에 응용하는 연구를 했는데, 그 과정에서 우연히 BCN이라는 소재를 알게 됐고, 이걸 직접 구현해보고 싶다는 마음이 들어 별도로 연구를 진행하게 됐습니다.

감사하게도 지도교수님이 창업을 하셔서, 정식 직원은 아니었지만 그 회사에 창업 멤버로 참여해 초기 사업화 과정을 가까이서 지켜볼 수 있었고, 그 경험이 지금 핵사에너지 창업에도 도움이 됐습니다.

Q. BCN이 정확히 어떤 기술인가요? 그래핀과는 어떻게 다른가요?

BCN은 보론(붕소)·카본(탄소)·나이트라이드(질소)의 앞글자를 딴 이름입니다. 그래핀과 비교하면 이해하기 쉬운데요, 그래핀은 탄소 원자가 육각형 벌집 모양으로 배열된 구조입니다. 저희 BCN 소재는 동일한 벌집 구조지만 탄소 원자로만 이루어진 게 아니라 붕소·탄소·질소, 세 가지 원소로 이루어져 있습니다.

그래핀은 탄소로만 이루어져 있어서 밴드갭이 없고, 그래서 반도체 성질을 전혀 갖지 않습니다. 반면 저희 BCN 소재는 탄소 원자 비율에 따라 밴드갭이 변하는 특성이 있어서 반도체적 성질을 가지면서, 저희가 흡수하는 빛의 파장을 자유롭게 조절할 수 있습니다.

그래핀은 흔히 배터리 소재로 많이 알려져 있는데, 그건 주로 0차원·1차원 형태의 그래핀이 쓰이는 경우고요. 저희는 2차원 대면적 형태의 나노소재를 개발하고 있습니다. 2차원 대면적 그래핀은 일반적으로 투명 전극으로 많이 쓰이는데, 저희 BCN은 반도체 중에서도 빛을 흡수하거나 낼 수 있는 광전자 소자 쪽에 활용됩니다.

Q. 이 소재로 어떻게 투명한 태양전지를 만드나요?

BCN 소재는 원하는 빛만 흡수하도록 설계할 수 있습니다. 적외선이나 자외선을 흡수하고 가시광선은 그대로 통과시키게 만들면, 기존 태양광 패널보다 훨씬 투명한 태양전지를 구현할 수 있습니다. 유연한 특성도 함께 가지기 때문에 유연 태양전지도 만들 수 있으며, 원자층 단위로 p-type, intrinsic, n-type 조절이 가능하기 때문에 나노 태양전지 구현이 가능한 장점이 있습니다.

실리콘은 원자 구조상 일정 두께 이하로 얇아지면 성질이 변하거나 구조 자체가 불안정해져서, 얇고 투명하게 만들기가 어렵습니다.

반면 저희 BCN 소재는 원자층 하나씩 쌓아 구현할 수 있기 때문에 투명도를 자유롭게 조절할 수 있고, 흡수하는 빛의 파장도 원하는 대로 설계할 수 있습니다. 예를 들어 빨간색 빛을 흡수하도록 만들면 소재는 반대로 파란색을 띠게 되는 식으로, 색상도 어느 정도 원하는 대로 구현할 수 있습니다.

Q. 창문에 적용하는 것이 왜 그렇게 중요한가요?

건물 표면을 보면 창호 영역이 약 50%, 외벽이 약 40%, 지붕이 약 10%를 차지합니다. 기존 태양광은 투명하지 않기 때문에 절반에 달하는 창호 영역을 전혀 활용하지 못하고 있고, 외벽 40% 중에서도 곡면이나 하중 제한이 있는 부분은 적용이 안 되니, 결과적으로 건물 전체 면적의 30% 이하만 활용할 수 있는 상황입니다.

그런데 지금은 앞서 말씀드린 제로에너지빌딩 의무화 정책 때문에 이 문제를 더는 미룰 수 없습니다. 2020년부터 공공건물에 의무화가 시행 중이고, 2025년 12월부터는 연면적 1,000㎡ 이상 민간 건물에도 사용 전력의 20% 이상(공공건물은 40%)을 재생에너지로 채워야 합니다. 이 기준은 착공이 아니라 건축허가를 받는 시점부터 적용되고, 설계 단계에서부터 반영돼야 하며, 준공 후에는 실제 발전량을 확인하는 인증 절차도 거쳐야 합니다.

도시 건물에서 재생에너지의 95%는 사실상 태양광에 의존하고 있는데, 지금까지는 건물 단열 성능을 최대한 높이거나 옥상 전체에 패널을 까는 식으로 대응해왔습니다. 하지만 2025년 이후 기준으로는 그것만으로는 부족해서, 창문을 활용하는 새로운 기술에 대한 수요가 커지고 있습니다.

Q. 지금까지 창문에 적용 가능한 태양광 기술은 없었나요?

기존 기술로는 불투명한 실리콘 패널 일부를 검게, 일부를 비워서 패터닝하는 방식으로 ‘투명하게 보이는’ 제품을 만들어 왔습니다. 이런 방식은 미관도 좋지 않고 발전 효율도 떨어진다는 한계가 명확합니다.

소재 자체가 투명한 태양전지로는 페로브스카이트나 유기물 같은 3세대 소재들이 있지만, 아직 안정성이 크게 떨어져서 수명을 확보하지 못해 상용화되지 못하고 있습니다. 일부는 안정성을 보완해 제품화까지 갔지만, 추가 공정 때문에 성능이 많이 떨어져서 불투명한 상태로도 발전 효율이 10% 안팎에 그치는 걸로 알고 있습니다.

정리하면, 태양전지는 크게 1세대(실리콘, 무겁고 딱딱하지만 효율 최고), 2세대(CIGS·CdTe 등, 가볍고 유연하지만 여전히 불투명), 3세대(페로브스카이트·유기물·염료감응형 등, 소재 자체가 얇고 투명할 수 있지만 안정성이 부족)로 나뉘는데, 투명 소재로 상용화된 제품은 지금까지 전혀 없습니다.

Q. 핵사에너지의 BCN은 이 셋 중 어디에 해당하나요?

저희는 3세대 태양전지의 투명성과 유연성은 그대로 가지면서, 3세대가 갖고 있던 안정성 문제를 보완한 소재라고 보시면 됩니다. 3세대 소재들은 대부분 유기물 기반이라 수명이 짧다는 문제가 있는데, 저희 BCN 소재는 무기 소재이기 때문에 안정성이 훨씬 우수합니다. 자체 평가 기준으로는 25~30년 이상의 수명을 확보할 수 있는 것으로 보고 있습니다. 현재 KCL을 통해 공인시험을 진행 중입니다.

그래서 소재의 투명성 측면에서는 3세대에 가깝지만, 안정성만 놓고 보면 오히려 2세대에 가까운 특성을 가진, 두 세대의 장점을 결합한 소재라고 설명드릴 수 있습니다.

Q. 성능은 어느 정도 확보했나요?

완제품 모듈 기준으로 1세대 실리콘 태양전지는 에너지 전환 효율이 20~22% 정도입니다. 저희는 가장 어둡게(불투명에 가깝게) 만들었을 때 최대 18%까지 확보한 상황입니다. 1세대보다는 낮지만 2세대 태양전지 수준의 성능은 이미 확보했고, 이 정도면 상용화가 가능한 수치입니다.

다만 저희 강점은 절대적인 효율 수치가 아니라, ‘투명한 상태에서도’ 발전 성능을 낼 수 있다는 점입니다. 그래서 지금은 에너지 효율 경쟁보다 투명성이 필요한 창호 시장을 먼저 공략하는 데 집중하고 있고, 다가올 제로에너지빌딩 의무화에 대응할 수 있는 창문형 태양전지를 우선 타겟팅하고 있습니다. 이론적으로는 효율을 1세대 수준 이상으로 끌어올릴 여지도 있다고 보고 있고, 궁극적으로는 실리콘 태양전지 시장까지 대체하는 것이 목표입니다. 현재는 KCL 공인시험성적서 기준 투명도 50%에서 발전효율 8.3%로, 투명 태양전지 모듈(최소 0.5제곱미터 이상)중 최고 수준의 광 이용 효율(LUE)인 4.15%를 달성했습니다.

수명과 관련해서는, 태양광 소재는 빛을 받아 전자-정공 쌍을 만드는 과정에서 결정 구조에 손상이 필연적으로 발생해 발전 성능이 조금씩 떨어지는 ‘열화’ 현상을 겪습니다. 1세대 실리콘 태양전지의 수명 보장 기간은 통상 25년, 연간 열화율은 약 0.3% 수준인데, 저희는 자체 측정 기준으로 연간 0.25% 수준까지 확보한 상황입니다.

Q. 성능·수명 수치는 검증받은 수치인가요?

지금 말씀드린 수치들은 저희 자체 측정 기준입니다. 다만 코오롱글로벌과 진행 중인 PoC를 통해 실제 창호에 저희 제품을 적용하고, 동일한 제품으로 별도의 공인시험 성적서도 함께 받는 절차를 계획하고 있습니다. 앞서 말씀드린 KCL 인증은 이미 진행하고 있고요. 발전 성능에 대해서는 이미 시험 성적서를 확보한 상태고, 모듈 형태로 실제 제품 규격에 사용할 수 있는 인증도 연내에 확보하려 하고 있습니다.

Q. 지금 상용화 단계는 어디까지 왔고, 앞으로 어떤 로드맵을 가지고 있나요?

지금은 다양한 협력 업체를 통해 저희 제품이 실제로 발전 성능을 내고 제품화될 수 있다는 걸 검증하며 신뢰성을 쌓는 단계입니다. 공인시험 성적서를 발급받아 제품 규격을 완성하면 바로 제품을 출시할 수 있는 상황이라, 2027년 3월까지 제품 출시를 목표로 하고 있습니다.

제품 형태는 크게 두 가지입니다. 하나는 유리 위에 저희가 직접 태양전지를 제작하는, 유리 자체를 대체하는 형태이고, 다른 하나는 접합유리 사이에 들어가는 비산방지 필름 위에 태양전지를 제작해 필름 형태로 공급하는 방식입니다. 지금 코오롱글로벌과는 유리를 대체하는 방식으로, 복층유리 형태의 창호에 저희 제품을 적용해 실사용 환경에서 발전 성능을 평가하고 공인시험 성적서까지 확보하는 PoC를 진행하고 있습니다. 필름 형태는 다른 업체와 별도로 추진 중입니다.

Q. 어떤 업체들이 관심을 보이고 있나요?

가장 큰 수요는 건설사에서 나오고 있습니다. 건축허가를 받으려면 태양광 설비 기준을 만족시켜야 하는데, 기존 태양광으로는 이 기준을 만족시키기 어렵거나, 만족시키더라도 건물 외관이 크게 나빠지는 문제가 있어서 창문을 활용하는 태양광 기술에 대한 수요가 큽니다. 건설사 외에도 창호업체, 태양광 패널 제조업체, 태양광 시공사 등 다양한 업체들과 협업하며 실증(PoC)을 진행하고 있습니다.

Q. 팀 구성은 어떻게 되나요?

제가 기술개발과 사업화를 총괄하고 있고, 저와 함께 창업한 이사님 한 분이 시제품 개발과 인증 부분을 담당하고 있습니다. 나머지는 채용한 직원들로 팀을 구성하고 있습니다.

Q. 지난 2년 동안 어떤 성과가 있었나요?

설립 4개월 만에 중소벤처기업부 TIPS R&D에 선정돼 안정적으로 개발을 진행할 수 있었습니다. 초격차 스타트업 1000+ (DIPS)도 선정이 되었고, 최근에는 코오롱글로벌 같은 대기업과 PoC를 진행하며 태양광 발전 성능을 실제로 입증해나가고 있는 것이 가장 큰 성과라고 생각합니다.

투자 측면에서는 2024년 윤민창의투자재단으로부터 1억 원 시드 투자를 받아 TIPS에 진입했고, 2025년에는 한국사회투자로부터 1억 원 후속 투자를 받아, 지금까지 누적 2억 원의 투자를 유치했습니다. 최근 시행된 기후에너지환경부 주관 기후에너지환경창업대전에서 최우수상을 받아 상금 1천만원을 받기도 했습니다. 누적 수상횟수는 13회입니다.

Q. 이번에 투자를 유치하려는 이유와 규모는 어떻게 되나요?

올해 안에 5억 원 규모의 투자를 유치할 계획입니다. 이 자금은 앞서 말씀드린 실제 환경에서의 제품 PoC 실증과, 국내는 물론 해외 진출을 위한 공인시험 성적서 확보에 쓸 계획입니다. 공인시험 성적서는 항목이 여러 가지라 국내 인증뿐 아니라 해외 인증까지 함께 확보해야 하는 상황입니다.

Q. 투자자들에게 지금 핵사에너지에 투자해야 하는 이유를 정리해주신다면요?

전 세계적으로 건물에서 사용하는 에너지의 일정 비율 이상을 재생에너지로 대체해야 하는 의무화 기준이 이미 적용되고 있습니다. 한국의 제로에너지빌딩 의무화 정책뿐 아니라 유럽, 일본에서도 비슷한 의무화가 시행되고 있고요. 이런 시점에 저희 핵사에너지는 BCN이라는 신소재로 세계 최초로 진짜 투명한 태양광 발전장치 기술을 개발했고, 이를 창문에 적용해 이런 의무화 규제에 대응할 수 있는 새로운 솔루션을 만들고 있습니다.

정리하면 세 가지입니다. 첫째, 건물 에너지 규제가 본격화되는 시점이라는 것. 둘째, 그 기술이 실제 매출로 전환될 수 있는 중요한 시점에 와 있다는 것. 셋째, 원천기술을 보유하고 있고 경쟁력 있는 팀을 갖추고 있다는 것입니다. 이번 5억 원의 투자를 통해 저희는 이 기술을 실제 제품으로 만들고 사업화를 본격적으로 시작하는 것을 목표로 하고 있습니다.

※ 이 기업은 와우테일 스타트업 인터뷰 프로젝트 ‘와우투게더’ 참여 기업입니다.