박막 태양전지
실리콘 수급 불안 박막 태양전지 관심 증폭
박막 태양전지
실리콘 수급 불안 박막 태양전지 관심 증폭
  • 남수정 기자
  • 승인 2008.05.19 00:00
  • 댓글 0
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저비용·활용도 ‘우수’, 낮은 효율·신뢰성 ‘미흡’
걸음마 국내 기술 … 장기적 관점으로 접근해야
차차세대 태양전지 R&D 전략 검토 중요

오는 2010년 박막 태양전지 생산능력이 약 9406MW로 확대될 것이라는 전망에 따라 박막 태양전지 시장의 고성장이 예상되고 있다.
박막 태양전지 시장의 이같은 성장 전망은 2007년 887MW에 비해 약 112배에 달하는 규모로 연평균 120%의 고성장세로 박막태양전지 중에서도 아몰포스 실리콘(a-Si)의 비중이 가장 클 것으로 전망되고 있다.
지난 2006년 이루 박막 태양전지 사업 참여기업 수가 실리콘웨이퍼 사업 참여 기업의 수를 역전하는 등 시장의 고도성장으로 박막 태양전지 기업의 저변확대와 점유율 상승으로 위상이 제고될 것으로 예상되고 있다.

박막 태양전지의 급부상은 실리콘 수급의 불안과 차세대 채양전지에 대한 관심이 그 배경으로 실리콘 가격은 공급 부족으로 인해 상승하고 있는 추세다. 지난 2003년 kg당 24달러였던 가격이 2008년 kg당 약 75달러로 3배 이상 증가했고 실리콘 공급 부족으로 실리콘을 사용하지 않거나 상대적으로 적게 사용하는 박막 태양전지에 관심이 쏠리고 있는 추세이다.
소규모 업체의 주 공급처인 현물시장 가격은 장기공급가의 2배 이상으로 뛰었고 업체 1위 업체였던 Sharp는 생산능력 확대에도 불구하고 폴리실리콘 조달에 차질을 빚어 2위로 하락하기로 했다.

지난 2006년 태양광 분야는 벤처캐피탈/사모펀드와 주식시장으로부터 각각 14억달러와 56억 달러의 투자를 기록하는 등 신재생에너지에 대한 관심이 높아지며 태양광에 대한 투자, 특히 차세대 기술인 박막 태양전지에 대한 투자가 확대되고 있다.
또 박막 태양전지 시장의 급성장은 장비업체가 텅키 방식으로 제조설비를 제공함으로써 기술에 의힌 진입장벽이 약화된 것에도 원인이 있다. 턴키 방식으로 생산설비를 제공함에 따라 기술력이 없어도 자본력을 갖춘 업체 들이 태양전지 시장에 속속 진출하고 있기 때문이다.
박막 태양전지의 특징과 전망에 대해 살펴보면 제조비용은 와트당 2달러 내인 반면 실리콘웨이퍼와 태양전지는 와트당 3달러에 가까운 수준이고 실리콘 사용량이 거의 없거나 다른 화합물을 이용하기 때문에 실리콘 수급의 영향을 받지 않아 재료비 부담이 적어 박막 태양전지는 제조비용 측면에서 실리콘웨이퍼 태양전지보다 우수해 저비용화와 활용도 측면에서 우수하다.

또한 박막 태양전지는 유리나 플라스틱 등의 기관 위에 전극을 입히는 방식으로 기관의 크기를 확대함으로써 공정효율을 높일 수 있어 기판의 대형화로 공정효율을 높여 제조비용을 줄이는 것이 가능하며 기존의 실리콘 웨이퍼 태양전지는 특성상 주택 지붕 위나 대규모 발전소 등에 주로 설치했으나 박막 태양전지는 기존의 설치방식에서 벗어나 BIPV나 가전제품 등으로도 확대해 환용이 가능한 장점이 있다.
그러나 박막 태양전지의 전기 전환효율은 10% 내외인 반면 실리콘 웨이퍼 태양전지의 효율은 14% 이상으로 전기전환 효율이 실리콘 웨이퍼 태양전지에 비해 낮다.

또 박막 태양전지의 구현가능 전환효율이 최근에야 실리콘 웨이퍼 태양전지 초기 개발 수준에 도달했는데 실리콘 웨이퍼 태양전지의 초기 구현 가능 전환효율이 15~17%인데 반해 박막 태양전지의 현재 구현가능 효율이 13~19% 수준으로 나타나는 등 박막 태양전지는 연구기간을 오래됐으나 효율개선이 지연되며 상업화기간이 길지 않아 수명과 신뢰성에 대한 검증이 미흡한 실정이다.
또한 보통 태양전지의 보증기간은 약 15~20년 수준이나 박막 태양전지의 상업화 시기는 1990년 이후가 대부분으로 최대 박막업체인 Uni-Solar는 1990년 First Solar는 1999년에애 사업을 시작했다.

이러한 이유로 박막기술이 실리콘 웨이퍼 태양전지를 단기간 내에 대체하기는 어려울 것으로 예상되고 있다. 이는 당분간은 박막 태양전지가 태양전지 시장의 니치를 형성할 것이라는 기대와는 달리 박막 태양전지의 성장세가 가속화될 전망이다.
또 제품기술의 성숙정도, 제조효율 제고를 위한 공정기술 개발에 따라 태양전지의 주도권 판도가 변화될 것으로 예상되고 있다.
아울러 박막 태양전지 전문업체와 태양전지 업체간에 박막 분야 경쟁이 가속활 될 조짐을 보이고 있다. 2010년 최대 박막업체인 First Solar는 1000MW 이상의 설비 증설이 예상되며 Scheuten, NanoSolar 등도 400MW 이상으로 확대할 것으로 전망되고 있다.

뿐만 아니라 실리콘웨이퍼 업체의 신규 진입, 턴키 방식에 의한 활발한 박막 태양전지 신규진입이 예상되는데 최대 태양전지 업체인 Q-cells와 Sharp 등이 박막 투자에 가장 적극적이고 인도의 신생업체인 Moser Baer가 턴키방식으로 대규모 신규투자를 하고 있다.
국내 박막 태양전지의 현황은 지난 1980년 이후 연구가 시작됐으나 간헐적인 추진으로 선조기술과의 격차가 큰 편으로 구현가능 전환효율에서 격차가 9~27% 수준이다.
국내 태양전지 제조기반은 주로 실리콘 웨이퍼 태양전지에 집중되고 있으며 한국철강만이 유일하게 턴키 방식으로 20MW a-Si 박막 태양전지 생산라인을 구축한데 이어 삼성전자, LG 등이 박막 태양전지 사업화를 준비중에 있는 등 국내 박막 태양전지 사업기반은 걸음마 단계에 있다.
전문가들은 걸음마 단계인 국내 박막 태양전지는 장기적 관점에서 보는 시나리오식 사업전략이 필요하다는 의견을 제시하고 있다.

태양전지의 기술 성숙도가 높지 않아 경쟁 기술의 변화 양상이나 새로운 기술 출현 등에 주의력을 집중하고 향후 태양전지 기술의 경쟁 다이나믹스를 예측하고 대응전략을 수립 필요성 등 박막 태양전지의 기술 변화추이, 선도기업 동향 등을 주의 깊게 센싱하고 파급 효과에 대한 신중한 검토가 필요하다.
또 태양전지 기술의 불확실성이 큰 만큼 섣부른 선택과집중 전략보다는 장기적 관점에서 시나리오 수립을 통해 리스크를 최소화할 필요가 있는데 태양전지 기술 중 사실상의 표준 제품에 대한 불확실성이 존재하며 이에 시나리오적 접근이 필요한 것이다.

아울러 빠른 기술 변화 환경에서 내부 R&D를 통한 사업진입이나 성장보다는 라이센싱, 제휴, M&A 등 다영한 대안을 미련할 필요가 있다.
현재 기술뿐만 아니라 미래 기술 대응을 위한 중장지적인 R&D 전략도 뒤따라야 한다. 제품화 단계는 아니나 차차세대 염료감응형이나 유기물 태양전지 등도 상당한 연구가 진행중에 있으며 차차세대 태양전지의 R&D 전략이나 기술 확보 전략에 대한 검토가 중요하다.
기업 입장에서는 사업화가 불확실한 기술에 대한 대규모 R&D 투자는 리스크가 큰 상황으로 기술적으로는 파급효과가 크나 불확실성이 커 기업 입장에서는 투자가 어려운 기술에 대해서는 국가적 R&D를 통해 리스크를 분산할 필요가 있다.


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