태양광산업의 발전 전략과 전망 - 전지기술의 발전 전망

더 얇게 더 싸게…3세대 태양전지 기술 전쟁 한창
선진국들 '초고율화'에 사활…한국도 "R&D 투자 등 성장기반 강화 나서야"

태양전지는 크게 실리콘, 화합물, 유·무기, 적층형으로 분류된다. 태양전지의 기술도 1세대를 거쳐 2세대, 3세대로 발전되고 있다.

1세대 태양전지는 단·다결정 실리콘으로 기술개발이 진행돼 오다 2세대 박막 태양전지로 진화했다. 박막 태양전지는 실리콘, 화합물 반도체, 염료감응, 유기로 각각 기술이 발전해 왔다.

이어 최근에는 3세대 태양전지로 진화를 거듭하고 있다. 3세대는 나노, QD, 유·무기 복합형으로 발전을 거듭되고 있다. 3세대 태양전지는 고효율, 박막, 소재풍부, 무해, 신뢰성 등의 장점으로 무장하고 있다.

박막 태양전지

태양광의 발전 기술의 경쟁력을 확보하기 위해서는 기존 결정질 박막(Si)태양전지를 단·중기와 중·장기 계획을 세워 발전시켜야 한다는 게 업계의 중론으로 받아들여지고 있다.

기존 결정질 박막 태양전지의 장점은 고효율, 신뢰성이 꼽히고 있지만, 단점으로 저가화에 한계가 있다는 점이다. 저가화의 한계는 두께 한계를 말하는데, 기존 결정질 박막 태양전지는 200~300㎛ 정도밖에 두께를 줄일 수 없어 공정이 단속적이라는 한계를 안고 있다.

이에 단·중기 계획으로 기존 기술의 보완이 필요하다. 기술 보완의 초점은 고효율, 저가화가 핵심이다. 이를 통해 박판을 직접 제조하고 원료를 재생해야 한다. 또 웨이퍼 박막형화가 50㎛까지 줄여야 한다.

중·장기 대책으로는 박막(Si, Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ, Ⅱ-Ⅵ) 및 신형 태양전지를 개발해야 한다.

이때 최우선으로 고려해야 할 것은 고효율, 신뢰성, 외관미려, 발전량이 꼽힌다. 가격의 저가를 위해서는 두께를 2~3㎛로 줄여야 하고, 연속 대량생산이 가능해야 한다. 특히, 저에너지 소비형 공정과 저가의 기판재료(유리, 금속, 플라스틱)를 이용할 수 있어야 한다.

현재 대량생산하고 있는 박막 태양전지는 시스템의 저가화 가능성까지 동반하고 있다. 대량생산을 주도적으로 이끌고 있는 태양전지는 고효율 Ⅲ-Ⅴ태양전지와 집광형 고효율 Ⅲ-Ⅴ태양전지, 염료감응, 유기 태양전지 등이다.

태양광산업 선두그룹인 독일, 미국, 일본 등 선진국들은 초고효율화를 위한 3세대 태양전지도 개발을 서두르고 있다.

2010년 태양전지의 종류별 생산 점유율은 다결정 박막 태양전지가 54.9%, 단결정 박막 태양전지가 33.2%로 거의 대부분을 차지하고 있다. 이어 CdTe박막 태양전지가 5.3%, Si박막 태양전지가 5.0%, CIGS박막 태양전지가 1.6%로 나타났다.

단·다결정 박막 태양전지는 기술이 성숙돼 대규모 생산이 가능하고, 소재 안정성을 갖추고 있지만, 제조가가 비싸고 유연성이 없다는 단점을 가지고 있다.

특이할 만한 사항은 실험실 전지효율과 셀·서브 모듈 효율 측면에서 보면 염료감응 태양전지가 각각 11.2%, 9.9%. 유기 태양전지가 각각 8.3%, 3.5%로 나타났는데, 이들 태양전지는 저가 잠재력이 최고 나타났다.

또 이들 태양전지는 유연성과 다양한 용도로 상업화가 가능하다는 점이다. 단지 기술이 미성숙돼 있고, 소재 수급이 불안정하다는 게 단점으로 꼽히고 있다.

노상양 에너지공단 신·재생에너지센터 실장은"태양광산업의 세계시장은 오는 2015년까지 17.5배로 커질 것으로 예측된다"며 "태양광을 제2의 반도체로, 풍력을 제2의 조선으로 육성시켜야 한다"고 강조했다.

노 실장은 "2015년 5대 신재생에너지 강국으로 도약하기 위해서는 전략적 R&D 및 사업화, 산업화 촉진시장 진출, 수출 산업화 축진, 기업 성장기반 강화에 나서야 한다"고 덧붙였다.

/ 엄재천기자 jc0027@naver.com