[10년후 100조원 시장을 잡아라] 3. 세계 최고 효율의 박막 태양전지로 승부한다

차세대 박막 태양전지 금맥서 '제2의 반도체 신화' 일군다매년 40% 이상 고속 성장디스플레이 선두 기술 발판공정 단순화·효율 향상 과제

22일 대전 유성구 전자통신연구원(ETRI) 차세대 박막형 태양전지 실험실. 연구원들이 벌집 모양으로 된 클러스터 장비의 움직임을 꼼꼼하게 살피고 있다. CIGS(구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄 화합물 반도체)에 들어가는 각 요소의 조합을 끊임없이 바꿔가며 가장 높은 에너지 효율(태양광이 실제 에너지로 변환하는 정도)을 얻을 수 있는 과정을 반복하고 있었다.

실험실 관계자는 "현재 주류를 이루고 있는 결정형 태양전지에 비해 박막형 태양전지는 공정 자체가 간단하고 원료인 폴리실리콘도 훨씬 덜 쓸 수 있기 때문에 여러모로 장점이 많다"며 "앞으로는 박막형 태양전지가 대세를 이룰 것"이라고 설명했다.

미래 에너지 원으로 각광 받으며 신재생에너지의 핵심으로 떠오르고 있는 태양광. 지난 10년 동안 매년 40% 이상 성장을 거듭하고 있고, 특히 지난해는 전 세계적 금융위기 탓에 시장이 위축될 것이라는 우려에도 불구하고 성장세는 멈추지 않고 있다.

태양광 산업은 최근 '제2 라운드'로 넘어가고 있다. 태양광 산업의 무게 중심이 결정형 전지에서 차세대 박막형 태양전지로 옮겨가기 시작한 것. 결정형 태양전지 시장은 2009년에 전년 대비 약 45% 증가한 반면 박막형 태양전지 하나인 CIGS는 290%로 급성장했다. 전체 태양전지 시장에서 박막형이 차지하는 생산 비중도 19.8%(2009년 기준)를 차지할 정도. 미국 퍼스트솔라는 세계에서 유일하게 CdTe 박막 태양전지(카드뮴(Cd)과 텔루라이드(Te) 2가지 물질의 화합물로 회로를 구성한 박막 태양전지)의 상용화에 성공한 덕분에 태양전지 시장에서 세계 1위를 달리고 있다.

태양전지 기술은 크게 실리콘을 갈아 만드는 실리콘 형 전지와 유리나 특수 플라스틱 기판 위에 얇은 막 형태의 전지를 붙여 만드는 박막형으로 나뉜다. 그리고 박막형은 다시 CdTe, CIGS, 비정질 박막 실리콘, 연료감응형 등이 있다.

태양광 산업의 경쟁력은 ▦폴리실리콘 등 재료를 얼마나 덜 쓰느냐 ▦공정을 얼마나 단순화 하느냐 ▦에너지 효율이 얼마나 높은 지 등에 달려 있다.

그런데 박막형은 결정형에 비해 공정이 훨씬 간단하다. 폴리실리콘→잉곳(폴리실리콘을 덩어리 형태로 만든 것)→웨이퍼(잉곳을 얇게 썰어 놓은 모양)→태양전지→모듈로 이어지는 공정이 폴리실리콘에서 곧바로 모듈을 만들 수 있다. 자연스레 전지를 만드는 데 필요한 원료도 훨씬 덜 드는 쓰인다. 실제 퍼스트솔라는 모듈 제조 비용은 1와트(w) 당 0.84달러 수준으로 기존 태양전지 모듈 제조 비용의 절반 수준이다.

문제는 박막형이 실리콘 형과 비교해 효율이 많이 떨어진다는 것. 실제 전문가들은 내년이면 결정형 태양전지의 효율은 21%에 도달할 것으로 내다보는 반면 박막형은 11% 정도로 예상하고 있다. 게다가 넓게 이어 붙이는 것도 기술적으로 쉽지 않다.

정부는 그럼에도 불구하고 박막형 태양전지를 '제2의 반도체'라 부르며 이런 기술적 어려움을 이겨내고 세계 최고 수준의 효율을 확보하겠다고 선언했다. 지식경제부 전략기획단이 이 분야를 빠른 시간에 성과를 낼 수 있는 선도기술 중 하나로 꼽고 2020년까지 11조원을 뽑아 내겠다고 나섰다.

사실 정부가 이렇듯 자신하는 데는 믿는 구석이 있다. 태양광 발전에 쓰이는 전지를 만들기 위해 필요한 기술은 우리나라가 세계 시장을 석권하다시피 하고 있는 디스플레이 기술과 매우 비슷하다는 것. ETRI관계자도 "박막형 태양전지 기술은 우리나라가 세계 시장을 석권하고 있는 디스플레이 기술과 매우 비슷하기 때문에 기술 개발에도 상당히 유리하다"고 말했다.

결정형 태양전지 분야의 기술력에서는 미국, 독일, 일본에 뒤졌지만 차세대 박막형 전지 분야는 세계적으로 이제 막 시장이 눈을 뜨고 있는 상태이기 때문에 충분히 해 볼만 하다는 게 정부와 업계의 판단이다. 게다가 반도체, 디스플레이 산업의 인프라를 그대로 활용할 수 있다는 점도 또 다른 강점으로 꼽힌다.

물론 해결해야 할 과제도 많다. 특히 태양광 분야의 약점으로 꼽혀 온 소재, 장비 산업도 하루 빨리 키워야 한다는 목소리가 크다. 현재 전 세계 태양광 장비 시장은 독일(40%), 미국(30%), 일본(20%) 등이 주도하고 있다. 반면 우리나라 점유율은 1%가 채 안 되는 실정이다.

이해석 신성홀딩스 연구소장은 "박막형은 장비 자체가 훨씬 커지기 때문에 장비 업체에 대한 의존도가 그 만큼 커질 수밖에 없다"며 "장비 업체와 협력을 통해 모든 공정을 수직계열화 하지 않으면 기술력을 충분히 발휘하기 쉽지 않다"고 말했다.

정부는 규모의 경제가 필요한 태양전지 셀과 모듈은 대기업이, 소재, 부품, 장비는 중소기업이 나눠 맡은 다음 이를 한데 묶은 '패키지'형태로 사업을 진행할 계획이다.

황수성 지식경제부 신재생에너側珦揚？"소재와 장비는 눈 앞의 시장이 아니라 장기적 시장을 보고 가는 것이기 때문에 전략적으로 판단해야 한다"며 "중소기업의 태양광 소재, 부품, 장비 연구개발(R&D) 지원 비율을 2012년까지 50% 늘릴 계획"이라고 말했다. 또 대기업(수요)과 중소ㆍ중견기업(공급)이 함께 손 잡고 R&D를 진행하도록 이끌고, 구매를 전제로 한 R&D를 특별 우대하는 정책을 펼칠 계획이다.

후원 : 대한생명

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대전=글ㆍ사진 박상준기자 buttonpr@hk.co.kr

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