‘돌에서 캐는 보석’이라 불리는 실리콘은 반도체 산업 등에서 이미 우리에게 익숙한 범용 산업소재다. 최근에는 태양전지 등 신재생에너지 산업 성장을 위한 핵심 소재로 각광받고 있다.
태양전지는 광에너지를 전기에너지로 변환하는 효율성이 관건인데, 여기에서 실리콘 소재의 특성이 결정적인 영향을 미친다.
‘결정질(단결정 또는 다결정) 실리콘’을 사용해 처음 선보인 1세대 태양전지는 기술적 안정성과 높은 변환효율에도 불구하고 실리콘 소재의 수급 불균형 탓에 경제성 확보가 어려웠다.
이 대안으로 최근 ‘비정질 실리콘(a-Si)’을 이용한 2세대 박막 태양전지가 급부상하고 있다.
2세대 박막 태양전지는 제조 과정의 에너지 소모는 물론이고 소재 비용이 100분의 1로 줄어들 만큼 절감 효과가 뛰어나며 대면적화도 손쉽게 가능하다. 미국·일본·독일 등의 결정질 실리콘 태양전지 기업이 박막 태양전지에 투자를 강화하는 이유다.
비정질 실리콘을 이용한 2세대 박막 태양전지는 발전용량 기준으로 2007년 283메가와트(㎿) 수준(세계기준)에서 2013년에는 약 3700㎿까지 늘어나고, 시장 규모는 2007년 7억2800만달러(약 1조원)에서 2013년에는 44억6700만달러(약 6조원)에 이를 것으로 추정된다.
관련 업계는 2008년 13% 정도였던 우리나라 박막 태양전지의 세계 시장 점유율이 2015년에는 30%까지 증가할 것으로 전망했다.
현재 전 세계적으로 130여개 기업들이 박막 태양전지 시장을 놓고 주도권 경쟁을 벌이고 있다. 국내에서는 한국철강이 양산 설비를 구축했고, LG와 삼성 등도 양산체제 구축에 박차를 가하고 있다.
국내 실리콘 박막 태양전지 산업이 도약하기 위해서는 두 가지 기술적 난제를 해결하는 것이 필요하다고 전문가들은 입을 모은다. 하나는 상대적으로 낮은 에너지 변환효율을 극복하는 것이고, 또 하나는 미세 결정질 실리콘 소재를 제조하기 위한 고속 공정 기술을 확보하는 것이다.
이건환 재료연구소 에너지재료공정센터 책임연구원은 “20여 년간 축적한 박막코팅 기술을 바탕으로 신개념의 실리콘 박막합성 공법과 미세 결정질 실리콘 박막의 고속 성장이 가능한 비진공 플라즈마 공법을 동시에 개발 중”이라며 “결국 실리콘 박막 태양전지 산업의 성장 여부는 변환효율 향상과 제조단가 절감을 통한 경제성 확보에 달려 있다”고 말했다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.co.kr
