고유가시대 친환경 대체에너지로 각광받는 태양전지. 연평균 40%의 고성장을 이루고 있는 태양전지 시장을 선점하기 위한 세계 각국의 경쟁이 치열하다.
태양전지는 태양열전지와 태양광전지로 나뉜다. 태양열전지는 열을 이용해 터빈을 돌려 전기를 만들고 태양광전지는 태양빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용해 전기를 생산한다.
최근 각광받는 분야가 바로 태양광전지다. 태양은 인류에게 무한한 에너지원을 제공할 뿐만 아니라 지구온난화의 주범인 이산화탄소가 배출되지 않기 때문이다.
한국화학연구원 문상진 박사는 “현재 태양광전지로 만드는 전기 비용은 우리가 지금 집에서 사용하고 있는 전기값보다 5배정도 비싸다”며 “하지만 오는 2010년 이후면 경쟁력 확보가 가능할 것으로 본다”고 말했다. 일본은 경제성을 갖춘 태양광전지 상용화가 활발하다.
■태양광전지란 무엇인가
태양광전지는 우주기술 발달과 더불어 세상에 알려지기 시작했다. 인공위성이 연료보급 없이 지구를 돌며 임무를 수행할 수 있는 힘이 바로 태양빛을 이용해 에너지를 만드는 태양광전지에서 나오기 때문이다. 따라서 인공위성의 수명은 태양광전지의 수명과 같다고 해도 과언이 아니다. 이후 태양광전지는 소형 계산기, 시계, 저울 등 생활용품 뿐만 아니라 주택에도 적용돼 난방과 온수공급도 담당하고 있다.
현재 연구되고 있는 태양광전지는 90% 이상이 ‘결정질 실리콘’으로 만들었다. 결정질 실리콘 태양광전지는 반도체 소재가 빛을 받으면 전기를 만드는 광전소자가 될 수 있다는 것에 착안해 개발됐다. 즉 실리콘 웨이퍼를 가공해 반도체 공정인 PN 접합을 통해 만든 셀(전지)들은 빛을 받으면 한 쌍의 전자와 전공을 만드는데 이것이 바로 전기다. 이같은 셀들은 각각이 태양광전지며 셀들을 무수히 많이 모으면 태양광발전소가 되는 것이다.
■어떤 연구가 진행되고 있나
웨이퍼를 만드는 재료인 잉곳은 단결정과 다결정 구조로 나뉜다. 다결정 잉곳의 경우 단결정보다 효율은 1%정도 떨어지지만 가격은 30% 저렴하다.
그동안 태양광전지 시장은 단결정 실리콘 웨이퍼가 주류를 이뤄왔다. 그러나 최근 태양전지의 수요가 급증하면서 단결정 대신 원료 수급과 경제성이 우수한 다결정 웨이퍼의 수요가 빠르게 증가하고 있다. 현재 세계시장에서 다결정이 단결정보다 6대 4 정도로 많이 쓰이고 있다.
문 박사팀은 최근 다결정 실리콘 잉곳과 웨이퍼를 저렴한 비용으로 양산할 수 있는 기술을 국내 최초로 개발했다. 이 기술은 정밀 전열제어 시스템이라는 독창적인 방법으로 미국이나 유럽 등 태양광전지 개발 선진국 수준의 양질의 웨이퍼 제조가 가능하다. 또 장치의 단순성과 공정의 효율성으로 인해 생산성을 40% 이상 향상시켰다.
특히 이 시스템은 선진국의 주력 생산규모인 240㎏/batch(한 번에 240㎏을 구워냄)을 넘어 300㎏/batch를 생산할 수 있는 능력을 갖고 있다.
문 박사팀은 또 차세대 박판형 결정질 실리콘 태양광전지의 기반이 될 200∼130㎛급의 박판 웨이퍼 제조기술도 확보했다.
문 박사는 “이번에 개발한 기술을 한 단계 더 발전시켜 내년 상반기까지 450㎏/batch급의 세계적인 차세대 잉곳 양산기술을 개발할 것”이라고 말했다.
■미래 에너지시장을 잡아라
세계 태양광 산업은 최근 3년간 연평균 40%의 높은 성장세를 보이고 있다. 이 추세는 당분간 지속돼 오는 2010년이면 6GW, 360억달러 규모의 거대 시장을 형성할 전망이다.
우리나라도 정부의 적극적인 대체에너지 개발 의지와 더불어 급속한 성장세를 이어가고 있다. 또한 민간에서의 개발 참여도 활발해 삼성전자, 삼성SDI, LG전자, LG필립스LCD, LG화학 등 대기업군은 물론 중소 반도체 장비업체들도 최근 태양광전지 시장을 신수종사업으로 정하고 기술 개발에 나섰다.
지난 2005년 우리나라에서 생산된 태양광에너지는 5㎿에 불과했다. 이어 지난해에는 21㎿(1800억원 규모)로 늘어났으며 오는 2010년엔 200㎿ 수준으로 성장할 전망이다.
문 박사는 “이번 개술 개발로 오는 2010년 연간 1500억원 이상의 웨이퍼 수출 및 수입대체효과를 거둘 전망”이라며 “장치 수입대체효과도 연간 200억원 수준에 이를 것으로 기대한다”고 말했다.
/economist@fnnews.com 이재원기자
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