“초박형 실리콘 태양전지는 신재생에너지 발전단가와 기존 화석에너지 발전단가가 같아지는 그리드 패리티(grid parity)를 앞당겨 태양광 시대를 본격 열어갈 것입니다”
송희은 한국에너지기술연구원 태양광연구실 책임연구원은 초박형 실리콘 태양전지 개발로 태양전지 신기술을 선점, 우리나라가 에너지 선진국에 진입하는 계기를 마련할 것이라고 포부를 밝혔다.
현재 태양전지는 그리드 패리티를 눈앞에 두고 있고, 태양광 발전 설비 보급도 확대되고 있다. 실리콘 태양전지는 태양광 발전 시장에서 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 실리콘 태양전지에서 제조원가 비중이 가장 높은 재료는 실리콘 웨이퍼다. 제조원가의 약 40%를 차지한다. 웨이퍼 두께를 파손율 증가 없이 50㎛로 줄이면 제조원가를 20%정도 절감할 수 있다. 다른 에너지원에 비해 높은 경쟁력을 갖게 될 수 있다.
초박형 실리콘 태양전지 기술은 실리콘 웨이퍼의 두께를 줄이는 웨이퍼링 기술과 얇아진 실리콘 기판을 사용한 태양전지 기술, 초박형 실리콘 태양전지를 이용한 모듈 기술로 나눌 수 있다. 실리콘 두께를 줄이면서도 파손율은 낮추고 기존 태양전지 효율을 유지하거나 더 높은 효율을 갖는 태양전지를 제조하는 것이 기술의 핵심이다.
송 연구원은 “현재 태양광 설비는 2년마다 두 배로 증가하고 있고 그리드 패리티 달성을 눈앞에 두고 있다”며 “초박형 실리콘 태양전지를 통한 단가 절감은 그리드 패리티를 앞당기고 태양광 시대를 앞당길 수 있다”고 강조했다.
이어 “관련 산업과 유기적 결합으로 신시장 및 일자리 창출 효과, 수출 증대 효과, 비용 절감 등 경제적, 산업적 시너지를 기대할 수 있다”며 “태양광 산업 관련 고급 전문 인력 양성 및 고용 창출, 에너지 산업 관심 유발효과를 거둘 수 있을 것”이라고 내다봤다.
실리콘을 얇게 만드는 작업은 난제다. 기존 두께 180마이크로미터 태양전지를 100마이크로미터 이하 두께로 줄여 상용화에 성공하기 위해서는 먼저 얇은 두께의 웨이퍼를 만들어 내야 한다. 보통 금속와이어를 이용한 웨이퍼 소잉으로 웨이퍼를 제조하는데 이 기술은 와이어 진동에 의해 웨이퍼 파손율이 증가하는 단점이 있다.
연구팀은 웨이퍼 절단 공정 중 수율 향상과 파손율 저감을 해결하기 위해 방전가공기술을 개발했다. 방전가공법은 와이어 진동이 크게 줄어들어 웨이퍼 파손율이 감소하는 장점이 있다.
송 연구원은 “얇은 두께 웨이퍼를 이용해 태양전지와 모듈을 제조하고 이송할 때 발생하는 높은 파손율을 해결하기 위한 연구도 함께 진행 중”이라며 “장비 부문에서는 사업화를 고려해 기존 장비라인을 최대한 활용 할 수 있는 공정 기술을 개발 중에 있다”고 말했다.
상업화 연구도 진행 중이다. 그는 “웨이퍼 두께를 50마이크로미터까지 줄이고 이를 사업화하기 위해서는 태양전지 변환효율이 더 높아져야 하므로, 이를 위한 기술 개발이 진행 중”이라고 밝혔다.
기업 입장에서는 기존 공정 라인을 최대한 그대로 활용해 신규 투자비용이 적게 들어야 사업화가 가능하다. 때문에 현재 개발 중인 기술은 양산 단계에서 기존 장비를 대부분 사용할 수 있다는 점 때문에 상당히 시장성 있는 기술이라고 강조했다.
송 연구원은 앞으로 Al 후면전계형 결정질 실리콘 태양전지뿐만 아니라 PERC 실리콘 태양전지 구조나 양면수광형 실리콘 태양전지 구조에도 이 기술을 적용, 효율은 더 높으면서 제조원가는 낮은 태양전지 기술을 연구할 계획이다.
그는 “개발한 박형 실리콘 태양전지를 활용하는 기술 연구에 관심을 갖고 있다”며 “도심형 태양광, 웨어러블 태양전지 등 특수 목적용 태양전지를 개발해 태양광 보급을 확대하는데 기여할 수 있는 연구를 하고 싶다”고 말했다.
권상희기자 shkwon@etnews.com
