차세대 태양전지 개발 가속도

LG솔라에너지는 최근 충남 태안에 단일 규모로는 국내 최대인 14㎿급 태양광발전소를 세웠으며 삼성물산은 전남 진도에 3㎿급 태양광발전소 ‘솔루채 진도’를 완공, 상업 발전에 나섰다. 현대중공업은 KCC와 공동으로 충북 음성에 태양전지 생산공장을 완공했다. 하지만 대기업들이 가동ㆍ건설 중인 태양광발전소들은 대부분 ‘1세대 태양전지’를 쓰기 때문에 발전단가가 다른 에너지를 이용할 때보다 평균 8배나 비싸다. 1세대 태양전지의 핵심소재가 가격은 비싸지만 생산수율은 낮은 단결정 또는 다결정(폴리) 실리콘 웨이퍼이기 때문이다. 현재 원자력ㆍ수력발전 평균 단가는 각각 ㎾당 40원, 85원 수준이지만 태양광발전은 500~700원이나 된다. 이에 따라 정부 출연 연구기관들의 ‘2ㆍ3세대 태양전지’ 개발에 가속도가 붙고 있다. 저렴하고 효율이 좋으면서도 생산하기 쉬운 태양전지를 만들어야 태양광발전이 경쟁력을 가질 수 있기 때문이다. 가장 발 빠른 행보를 보이고 있는 한국에너지기술연구원은 화합물반도체 계열의 CIGS(CuInGaSe2ㆍ구리-인듐-갈륨-셀레늄) 박막 태양전지를 대(大)면적화하는 연구를 진행하고 있다. 소면적 고효율 CIGS 태양전지기술은 지난해 LG마이크론에 기술이전했다. 당시 4㎝×4㎝ 크기에 박막 두께가 1마이크론 수준인 미니모듈을 개발, 최대 변환효율 18.3%를 달성했다. 하지만 이 기술을 상용화하려면 전지 모듈을 대면적화할 경우 태양에너지를 전기로 바꿔주는 변환효율이 떨어지는 약점을 극복해야 한다. 연구원은 현재 소면적 모듈 수준의 변환효율을 가진 10㎝×10㎝ 크기의 모듈을 개발하고 있으며 오는 8월 중 LG마이크론과 추가적인 공동 연구 협의를 진행할 것으로 알려졌다. 한국전자통신연구원은 지난 6월 ‘차세대 박막 태양광발전 연구본부’를 신설, 차세대 태양전지기술 개발을 본격화했다. 현재 염료감응형 태양전지와 화합물반도체 계열의 CIGS 태양전지를 개발하고 있다. 염료감응형 태양전지는 폴리아미드필름에 도포된 특수염료를 이용해 전기를 생산하는 형태로 종이처럼 자유롭게 휘어지는 것이 장점. 연구원은 리비아와 이 기술을 이용한 발전소 건설사업을 추진하고 있다. CIGS 태양전지의 경우 대면적화기술 개발에 주력하고 있으며 장기적으로 3,000㎠ 크기의 모듈을 개발할 계획이다. 한국기계연구원은 실리콘 웨이퍼의 두께를 최대 50분의1 수준으로 얇게 만들어 원가를 낮춘 실리콘 박막형 태양전지(2세대), ‘플라스틱 태양전지’로 불리는 유기 태양전지(3세대)기술을 개발하고 있다. 이미 유기 태양전지를 인쇄하듯 손쉽게 제작할 수 있는 롤 투 롤(roll to roll) 프린팅기술을 개발했다. 유기 태양전지는 잘 휘어지는 플라스틱 박막에 전도성 고분자 투명전극을 인쇄해 전기를 만드는 방식. 폴리실리콘 계열의 태양전지보다 생산단가가 낮다는 게 최대 장점이다.