제조원가 절반짜리 태양전지 세계최초 개발

[이투뉴스] 결정질 실리콘 태양전지의 변환효율은 그대로 유지하면서 제조원가는 절반으로 줄일 수 있는 태양전지 제조 원천기술을 세계 최초로 한국에너지기술연구원(이기우 원장) 연구팀이 개발했다.

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

태양광을 충분히 흡수할 수 있는 태양전지의 실리콘 기판 두께는 일반적인 머리카락 두께의 반인 50㎛(1㎛=0.01mm)면 충분하다. 하지만 두께가 얇은 기판을 사용해 태양전지를 제조할 경우 기판이 쉽게 파손되는 문제점이 있다.

따라서 현재는 일반적으로 180㎛의 기판을 사용하고 있다. 그러나 이번 초박형 결정질 실리콘 태양전지 양산 공정 및 관련 장치 개발을 통해 기판 두께를 180㎛에서 100㎛까지 줄여도 강한 내구성을 지녀 기존의 문제점을 극복하고 경제성을 확보할 수 있게 됐다.

특히 박형 실리콘 기판은 180㎛ 두께 기판이 구현하지 못한 유연성을 가지기 때문에 곡면에도 적용 가능하는 등 다양한 응용이 가능하다는 장점이 있다. 또 이 기술 확보를 통해 와트당 0.5달러 이하의 모듈 제조단가를 확보할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

여기에 기존에 개발된 태양전지 중 변환효율이 매우 높은 이종접합 태양전지는 웨이퍼 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.
 
결정질 실리콘 태양전지는 변환효율이 높고 재료 수급이 쉬우며 기존 반도체 인프라를 쉽게 활용할 수 있어 세계 태양전지 생산량의 80% 이상을 차지하고 있다. 하지만 태양전지 모듈 생산량의 50% 이상을 차지하고 있는 중국처럼 절대 생산량의 우위로 인한 제조단가 절감이 필요하다.

하지만 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.

개발책임자인 송희은 에기연 박사는 “향후 기판의 두께를 50㎛까지 줄이고 태양전지의 변환효율은 기존의 18.5%에서 20% 이상으로 끌어올리기 위한 기술개발이 진행 중”이라며 “1∼2년 내에 국내 관련 기업과 연계·상용화, 세계시장 점유율 상승에 일조할 것”이라고 말했다.

이어 "이번 기술개발을 토대로 그동안 유럽 등 기술 선진국에 비해 뒤쳐져있던 우리나라가 결정질 실리콘 태양전지 분야에서 ‘추종자’가 아닌 ‘선도자'로의 도약과 함께 태양광발전의 그리드 패리티를 달성할 수 있는 계기가 될 것"이라고 밝혔다.

채덕종 기자 yesman@e2news.com