[알아봅시다] 박막 태양전지

저렴한 기판 활용 태양광발전 효율 높여

태양광산업의 성장은 태양빛을 전기로 변환시키는 태양전지 개발이 핵심으로 꼽히는데요. 이는 고효율 태양전지 개발을 통해 태양광에너지를 전기에너지로 변환시키는 변환효율 향상이 경제성 확보의 관건이기 때문입니다.

지금까지는 1세대 태양전지라 불리는 결정질 실리콘 태양전지가 높은 효율과 오랜 역사를 바탕으로 시장을 주도해 왔지만, 최근 박막 태양전지가 결정질 실리콘 태양전지의 대안으로 떠오르며 이 분야 안에서도 다양한 제품이 개발되는 등 태양광산업 발전을 부추기고 있습니다. 차세대 태양전지로 주목받는 박막형 태양전지는 실리콘웨이퍼를 태양광 흡수 기판으로 쓰는 기존 방식과 달리 값싼 기판을 활용해 그 위에 실리콘 등의 재료를 박막으로 증착하는 방식으로 2세대 태양전지로 표현됩니다.

특히 이 기술은 기존 대비 실리콘 양을 100분의1 수준으로 줄일 수 있으며, 유리ㆍ메탈ㆍ플라스틱 등 저렴한 기판 사용이 가능하고, 가스 반응으로 기판의 대형ㆍ대량ㆍ연속 생산으로 규모의 경제를 통한 경제성 획득에 유리하다는 평가를 얻고 있답니다. 또 건축자재와 일체화된 태양광발전 시스템이나 가전제품 등으로 확대 활용할 수 있다는 장점까지 갖추고 있어 성장 가능성은 더욱 커지고 있습니다.

◇박막 태양전지의 종류= 박막 태양전지는 기판 증착 물질에 따라 여러 종류로 나뉘는데, 크게 아몰포스실리콘(a-Si) 태양전지, CdTe(카드뮴, 텔루라이드 화합물) 태양전지, CIGS(구리ㆍ인듐ㆍ갈륨ㆍ셀레늄 화합물) 태양전지, 염료감응 태양전지 등으로 구분해 볼 수 있습니다.

이 중에서도 1980년대부터 상용화하기 시작한 a-Si 분야가 박막 태양전지 시장에서 주도적 입지를 구축하고 있으며, 최근에는 CdTe, CIGS 태양전지도 연구가 활발히 진행돼 시장에서 점유율을 높이고 있습니다. a-Si 태양전지는 기술 안정성과 다양한 기판 적응성, 시장진입 장벽과 환경 위험 측면에서, CdTe 태양전지는 생산공정과 제조 원가 면에서, CIGS 태양전지는 효율 면에서 각각 비교우위를 가지고 각 고유 영역을 개척하며 발전을 거듭해 갈 것으로 기대되고 있습니다.

대표적인 박막 실리콘 태양전지인 아몰포스실리콘(a-Si) 태양전지는 비정질 실리콘을 유리기판 사이에 주입해 만드는 태양전지입니다. 기술적으로 가장 안정적이라는 a-Si 태양전지는 기존 결정질 실리콘 태양전지에 비해 낮은 효율 때문에 초기에는 대규모 발전용보다는 시계, 라디오 등 주로 소규모 가전제품의 보조전원 용도로 사용돼 왔습니다. 하지만 최근 이러한 낮은 효율을 극복하기 위해 비정질 실리콘 박막 위에 다결정 실리콘막을 한 겹 더 적층하는 이중접합(Tandem) 또는 그 위에 실리콘 막을 한 겹 더 얹는 삼중접합(Triple Junction) 등 다중접합 구조와 하이브리드 구조 개발로 발전효율을 결정질 실리콘 태양전지 수준으로 높이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 특히 최근 TFT LCD 생산기술을 기반으로 하는 국내 전자기업들이 빠르게 박막 태양전지 시장의 중심으로 떠오르고 있어 더욱 기대되는 분야이기도 합니다.

◇박막 태양전지 시장= 2010년 세계 박막 태양전지 업계의 생산능력은 약 9406메가와트(㎿)까지 확대될 전망입니다. 이는 2007년 887㎿ 수준에 비해 무려 11배에 달하는 빠른 성장 속도입니다. 이 때문에 업계에서는 지난해 13%였던 박막 태양전지의 세계 시장 점유율이 2015년엔 30%까지 오르리라는 예상을 내놓고 있습니다.

현재 세계적으로 약 130여개 기업들이 박막 태양전지 주도권 경쟁을 벌이고 있습니다. 특히 CdTe 박막 태양전지 분야의 대표적 기업인 미국 퍼스트솔라(First solar)가 올해 전체 태양전지 업계 1위인 독일 큐셀 자리까지 위협할 정도로 박막 태양전지의 약진은 두드러지고 있습니다. 국내에서도 LG전자, LG디스플레이, 삼성전자, SK에너지, 현대중공업 등이 투자를 본격화했으며, 양산장비 분야에선 주성엔지니어링 등 전문 기업의 도전도 점차 거세지고 있습니다. 우리나라는 박막 태양전지 기술과 흡사한 디스플레이나 발광다이오드 분야에서 세계 최고라 평가받고 있어 반도체 디스플레이에 이어 새로운 주력 수출산업으로 성장할 가능성이 매우 높습니다.