화학으로 만들어가는 녹색세상 ⑨ 차세대 실리콘 잉곳 양산 기술

한국화학연구원의 문상진 박사가 태양전지 시제품의 성능 평가를 수행하고 있다.

최근 태양광발전이 차세대 친환경 에너지원으로 조명받으면서 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지 시장이 폭발적 성장세를 이어가고 있다. 전문가들은 현 추세대로라면 오는 2020년께 전세계 태양전지 시장 규모가 2,000억달러에 이를 것으로 전망한다. 햇빛을 원료로 전기를 만들어내는 일종의 전기화학적 발전기인 태양전지는 제조방법과 소재에 따라 1세대 결정질 실리콘 태양전지, 2세대 박막형 태양전지, 3세대 유기 태양전지로 구분된다. 이중 현존 태양광발전소 대다수에서 사용하는 것은 결정질 실리콘 태양전지다. 유리 등의 기판 위에 부착하는 이 태양전지의 전력 변환 효율이 15~20%로 가장 우수하기 때문이다. 한국화학연구원 에너지소재연구센터의 문상진 박사팀은 이 같은 결정질 실리콘 태양전지의 기초 핵심 소재인 다결정 실리콘 잉곳 양산 기술 개발에 주력해오고 있다. 실리콘 잉곳은 실리콘을 정제해 결정성 덩어리로 만든 것으로 이를 200㎛ 두께 정도로 자르고 표면을 거울처럼 연마한 것이 바로 실리콘 웨이퍼다. 문 박사팀은 현재 세계 최고 수준의 450㎏급 다결정 실리콘 잉곳을 양산할 수 있는 기술 개발에 성공한 상태다. 지금 양산되고 있는 웨이퍼는 300㎏ 잉곳에서 생산되는 125㎜ 크기가 주종인 반면 연구팀의 450㎏급 잉곳은 156~200㎜ 웨이퍼를 제조할 수 있다. 기존 기술 대비 생산성을 40% 이상 향상시킬 수 있는 것. 이 때문에 업계 전문가들로부터 우리나라가 전세계 태양전지 산업을 주도할 수 있게 해줄 기술로 평가받고 있다. 실제로 이 450㎏급 장비 단 1대로 1년간 생산한 잉곳을 가지고 태양전지를 만들어도 발전량이 6㎿나 된다. 이는 4인 가구 기준 약 2,000가구에서 사용할 전기를 공급할 수 있는 전력량이다. 문 박사는 "현재 전세계 태양전지 시장이 연간 16GW에 달할 만큼 고도성장을 구가하고 있다"며 "탁월한 효율과 내구성에 힘입어 전체 시장의 80% 이상을 점유하고 있는 결정질 실리콘 태양전지의 주도권은 적어도 향후 10년간 계속될 것"이라고 설명했다. 문 박사는 또 "향후 다결정 실리콘 잉곳 성장장치의 수요가 폭발적으로 증가할 것으로 예상돼 수천억원의 수입대체 및 수출 효과가 기대된다"며 "태양전지의 경제성 향상을 위해 세계적으로 잉곳이 대형화되고 있는 추세여서 세계 시장을 선점하기 위해서는 이른바 800㎏급 6세대 잉곳의 공정기술과 장비개발이 필요하다"고 강조했다. 연구팀은 현재 정액기술료 2억5,000만원과 경상기술료 2%를 받는 조건으로 반도체 재료전문기업 글로실에 관련 기술 이전을 완료했으며 글로실은 내년 상반기쯤 대구 달성 지역에 생산공장을 준공하고 제품생산을 본격화할 계획이다. 연구팀 또 지금까지 쌓아온 기술력과 노하우를 바탕으로 염료감응형ㆍ유기박막형 태양전지의 핵심인 광활성 소재 개발에도 박차를 가할 방침이다. 문 박사는 이와 관련해 "3세대 유기 태양전지의 전력 변환 효율이 10% 정도만 확보된다면 건물일체형 태양광발전(BIPV)과 휴대형 전자기기 등에서 활용도가 대폭 증진될 것"이라고 말했다.