화석 에너지 원료의 고갈, 고유가 지속과 지구온난화에 의한 반복적인 이상기후변화가 범국가적 화두로 제시되면서 이를 해결하기 위한 세계 각국의 움직임이 세계 경제의 패러다임을 녹색성장으로 바꿔 놓았다.
특히 태양광은 풍력·조력 발전과 달리 지역의 제약이 없고 원자력 발전과 같이 규모의 제약이 없으며 생산과정에서 온실가스 발생이 없는, 지구가 가지고 있는 가장 안전하고 누구나 누릴 수 있는 청정 에너지 자원이다. 세계적으로 연평균 50% 이상의 성장을 지속하고 있으며 이러한 추세로 성장을 지속한다면 2015년에 메모리 반도체 시장을 추월할 것으로 예상된다.
태양전지 기술 개발은 현재 에너지변환 효율과 가격이라는 두 가지 측면에서 이뤄지고 있다. 항공 우주 및 인공위성과 같은 특수 목적에 사용되는 태양전지는 가격 측면보다 에너지 변환효율을 높이기 위한 방향으로 기술 개발이 추진되고 있다. 고효율 태양전지는 매우 고가기 때문에 범용으로는 사용이 거의 불가능하며 대부분 특수목적인 우주항공 및 군사용에 이용된다.
보다 범용적인 목적에 부합하기 위해서는 값싼 태양전지 개발이 필요하다. 현재 시판되는 단결정 실리콘 태양전지나 비정질 실리콘태양전지의 발전단가는 화력발전이나 원자력발전과 비교할 때 아직 3배에서 많게는 10배 정도 비싸고 공공전기 요금 수준에 맞추기에 턱없이 부족한 실정이다. 따라서 제조단가를 대폭 절감하기 위해 값싼 원재료를 사용하고 연속 제조 공정이 가능한 비실리콘계 고효율 박막 태양전지 개발에 초점이 맞춰지고 있다. 박막 태양전지는 2013년까지 연평균 67%의 시장 성장세를 이어나갈 것으로 예상되며 2013년에는 전체 태양전지 시장의 22%를 차지할 것으로 전망돼 차세대 성장동력 산업으로 자리를 굳히고 있다.
국내 태양전지 기술은 다음 두 가지 숙제를 동시에 해결해야 한다.
첫째, 뒤처진 기존 1세대 실리콘 태양전지의 기술력을 시급히 끌어올려야 한다. 둘째, 원천기술 확보가 가능한 박막형 태양전지, 염료 감응형 태양전지와 같은 차세대 박막 태양전지 개발을 적극 추진해야 한다. 특히 박막 태양전지 기술의 성공은 소재 및 박막 대면적화 기술 개발을 통한 저가격화가 핵심이다. 우리나라는 세계 최고 반도체·디스플레이 기술 보유국으로 소재, 박막기술, 대면적화, 고효율화 및 신뢰성 확보 경험이 풍부하다. 이미 세계 최고 수준의 기술을 확보하고 있는 디스플레이 관련 기술과 융합해 기술개발에 나선다면 비실리콘계 박막 태양전지 개발의 성공으로 우리나라가 태양광 발전 강국으로 도약할 수 있을 것이다.
차세대 박막형 태양전지의 효율적인 연구개발을 위해서는 미국의 신재생에너지연구소(NREL), 일본의 AIST 등과 같이 태양전지 효율을 인증하는 세계적인 태양전지 효율 인증 및 관련 전문 연구센터의 구축이 필요하다. 이러한 전문 연구센터를 중심으로 소재, 소자, 인쇄 소자 공정 등 관련 기술 전문가 간의 네트워크를 구축하고 상호 융합연구를 통해 연구개발의 시너지를 창출해야 한다. 또 정부의 적극적인 지원과 효율적이고 체계적인 전략에 기초한 정부 주도형 대형과제 추진도 필수불가결한 요소다.
김환규 고려대학교 신소재화학과 교수 hkk777@korea.ac.kr
