■ 실리콘 두께와 제조 공정단계 축소로 경제성 향상

■ 제조원가 낮춰도 변환효율 차이 없고 내구성 더 강해

■ 결정질 실리콘 태양전지 분야 First Mover로 도약하는 기회 선점

□ 2000년 0.4GW 1)에 불과하던 전 세계 태양전지 출하량은 친환경에너지에 대한 관심이 높아짐에 따라 2013년에는 약 37GW에 이르렀고, 2018년에는 약 380GW에 달할 것으로 예측됐다. 그 중 결정질 실리콘 태양전지는 변환효율이 높고 재료 수급이 쉬우며 기존 반도체 인프라를 쉽게 활용할 수 있어 전 세계 태양전지 생산량의 80% 이상을 차지하고 있다.

□ 경제 전문지인 ‘블룸버그’의 보도에 따르면, 현재 우리나라의 결정질 실리콘 태양전지 세계 시장 점유율(2013년 기준)은 0.9%로 12.9%를 기록한 일본, 60.5%를 기록한 중국에 비해 크게 뒤떨어져있다. 세계 시장 점유율을 높이기 위해서는 전 세계 태양전지 모듈 생산량의 50% 이상을 차지하고 있는 중국처럼 절대 생산량의 우위로 인한 제조 단가 절감이 필요하다. 그러나 우리나라는 중국에 비해 상대적으로 제조 기반이 부족하기 때문에 생산량 증가는 기대하기 어렵다. 따라서 차별화된 기술 개발을 통해 가격 경쟁력과 시장 점유율을 높이는 것이 최우선 과제로 꼽히고 있다.

■ 한국에너지기술연구원(이기우 원장)은 결정질 실리콘 태양전지의 변환효율을 유지하면서 제조원가는 절반으로 줄일 수 있는 원천기술을 세계 최초로 개발했다.

□ 태양광연구실 송희은 박사팀이 개발한 이번 기술은 결정질 실리콘 태양전지 제조원가 중 가장 큰 비중을 차지하는 실리콘 사용량을 절반으로 줄이고, 동시에 태양전지를 제조하는데 필요한 공정 절차 또한 줄여 태양전지의 경제성을 확보할 수 있는 기술로 평가받고 있다.

□ 실제 태양광을 충분히 흡수할 수 있는 태양전지의 실리콘 기판 두께는 일반적인 머리카락 두께의 반인 50 마이크로미터 2)면 충분하다. 하지만 두께가 얇은 기판을 사용하여 태양전지를 제조할 경우, 기판이 쉽게 파손되는 문제점이 있기 때문에 현재는 일반적으로 180 마이크로미터의 기판을 사용하고 있다. 그러나 이번 초박형 결정질 실리콘 태양전지 양산 공정 및 관련 장치 개발을 통해 기판 두께를 180 마이크로미터에서 100 마이크로미터까지 줄여도 강한 내구성을 지녀 기존의 문제점을 극복하고 경제성을 확보할 수 있게 됐다.

□ 또한, 기존에 개발된 태양전지 중 변환효율이 매우 높은 이종접합 태양전지(a-Si:H/c-Si 계열) 3)는 웨이퍼 4) 전면과 후면에 다층의 실리콘 박막과 투명 전도막을 순차적으로 형성함에 따라 공정 장비와 비용 상승에 대한 문제가 있었다. 그러나 이번에 개발된 기술을 이용하면, 전면과 후면에 실리콘 박막과 투명 전도막을 동시에 형성해 태양전지를 제조함으로써 제조에 필요한 장치와 공정수를 절반으로 줄일 수 있다.

□ 기술개발책임자인 송희은 박사는 이번 기술에 대해 “향후 기판의 두께를 50 마이크로미터까지 줄이고 태양전지의 변환효율은 기존의 18.5%에서 20%이상으로 끌어올리기 위한 기술개발이 진행 중”이라며, “1~2년 내에 국내 관련 기업과 연계해 상용화하여 세계 시장 점유율 상승에 일조할 것”이라고 전했다. 또 "이번 기술개발을 토대로 그동안 유럽 등 기술 선진국에 비해 뒤쳐져있던 우리나라가 결정질 실리콘 태양전지 분야에서 ‘Fast Follower’가 아닌 ‘First Mover'로의 도약과 함께 태양광 발전의 ⁵)그리드 패리티(Grid Parity)를 달성할 수 있는 계기가 될 것"이라고 밝혔다.

 <박형 실리콘 기판>      <박형 실리콘 태양전지>

▣ 첨부 : ▶ 1. 연구개발 개요

              ▶ 2. 연구책임자 이력사항

▣ 문의 : ▶ 한국에너지기술연구원 태양광연구실 송희은 박사 (042-860-3492)