2009년 태양전지 생산량이 10GW를 넘었다. 2004년에 1GW 정도의 시장규모를 생각하면 불과 5년 사이에 열 배가 증가한 셈이다. 더 놀라운 것은 2004년에 예측한 2009년 태양전지 시장은 5GW로 전망됐지만 실제 시장은 두 배 이상 껑충 뛰어버렸다는 것이다. 이는 곧 태양전지 시장이 해마다 날개를 달고 예측불허의 비상(飛上)을 하고 있음을 시사한다.
2009년 태양전지 시장을 자세히 분석해 보면 결정질 실리콘 재료를 이용한 태양전지의 생산량이 8GW 이상으로 80% 이상은 결정질 실리콘 태양전지가 차지하고 있다. 나머지 20%는 다양한 종류의 박막 태양전지 기술에 의해 형성돼 있다. 전년 대비 증가율을 보면 결정질 실리콘 태양전지는 약 45% 정도지만 박막 태양전지는 적게는 100%에서 많게는 300% 까지 증가했다.
박막 태양전지 중 특히 구리·인듐·갈륨 및 셀레늄으로 구성된 CIGS 태양전지 시장이 눈에 띄게 증가했다. 전체 시장의 크기를 생각해 보면 여전히 결정질 실리콘 태양전지가 전체시장을 이끌어 나가고 있지만 박막태양전지의 약진을 무시할 수 없다.
결정질 실리콘 태양전지는 1세대 태양전지로 분류된다. 실리콘 반도체 웨이퍼를 이용해서 태양전지를 만드는 기술이다. 잘 발달된 반도체 기술을 활용할 수 있는 장점이 있다.
2세대 태양전지는 전도성 기판위에 얇은 반도체 물질을 코팅해 만드는 기술이다. CIGS 및 카드뮴텔룰라이드(CdTe) 태양전지는 비정질 실리콘 박막 태양전지와 함께 대표적인 박막 태양전지 기술로 분류된다.
박막 태양전지 기술 중 염료감응 태양전지와 유기고분자 태양전지는 아직 개발단계에 있지만 가까운 장래에 시장에 등장할 것으로 기대되는 유망 기술이다. 특히 염료감응 태양전지는 색상을 다양하게 할 수 있기 때문에 에너지를 생산하는 컬러 유리창호로 활용될 수 있다. 유기고분자 태양전지는 플라스틱처럼 휘어지게 만들기 쉬운 태양전지 기술이다.
1세대와 2세대 기술은 이론효율의 한계가 약 33% 정도다. 이론효율 한계를 뛰어넘는 기술로 3세대 태양전지 기술이 있다. 3세대 태양전지는 양자현상을 이용해 50-60% 효율까지 가능하다고 한다. 아직 요원해 보이지만 기술의 진보에 따라 가까운 장래에 실현될 수도 있다.
태양전지 기술이 상용화되고 시장 점유율을 높이기 위해서는 가격과 효율이라는 두 마리 토끼를 동시에 고려해야 한다. 즉 높은 효율을 갖는 저렴한 태양전지 제품 개발이 필요하다. CIGS 태양전지는 효율은 좋지만 가격이 문제다. 따라서 시장점유율을 높이기 위해서는 결정질 실리콘 태양전지 보다 더 낮은 가격으로 제품화 할 수 있는 공정 및 재료 개발이 필요하다.
염료감응 태양전지는 투명성과 컬러 등 다른 기술에서 구현할 수 없는 특성으로 인해 최근 몇 년 사이 많은 주목을 받고 있다. 가격경쟁력도 우수해 CIGS 와 함께 차세대 유망기술 1순위로 생각될 정도다. 염료감응 태양전지가 시장에 등장하고 경쟁력을 갖기 위해서는 대면적화와 안정화를 확보하는 기술이 시급하다.
태양전지 시장의 판도가 실리콘 중심에서 다양한 물질로 변화하고 있다. CIGS·염료감응 태양전지와 같은 차세대 태양전지가 시장에서 날개를 달 준비를 하고 있다. 2030년이 되면 태양전지 누적 발전량이 2000GW에 까지 이르게 된다고 한다. 방대한 태양전지 시장에 차세대 기술이 비상하기 위해 남은 과제가 무엇이고 이를 해결하기 위해 어떤 방법에 투자해야할지 신중하게 생각해야 할 때이다.
박남규 성균관대 교수 npark@skku.edu
