1970년대 이후 연구개발이 시작된 태양전지는 석유가격의 상승, 환경 문제 등의 영향을 받아 크게 성장하고 있으며, 2030년에는 그 시장규모가
2천조 원 정도가 될 것으로 전망되고 있다. 현재까지 생산된 태양전지는 90% 이상이 결정 실리콘에 의해 생산되었으며, 결정 실리콘 태양전지는
반도체 산업에서 사용되는 실리콘에서 출발된 것이다(참조자료 1).
최근의 시장점유율을 살펴보면 단결정 실리콘 태양전지가 꾸준히
36%를 차지하고 있고, 다결정 실리콘 태양전지가 45~50% 범위에서 유지되고 있다.
다결정 실리콘 태양전지의 경우 기판재료비가
단결정 실리콘에 비해 30% 정도로 저렴하고, 대량생산화가 용이하나, 그 효율이 단결정에 미치지 못하는 단점이 있다. 단결정 실리콘 태양전지는
원가의 60% 이상이 태양전지 기판재료비에 소모되는 단점을 가지나, 고효율로 인해 설치면적을 줄이고 모듈면적을 줄일 수 있어서 모듈에 소요되는
재료비를 포함한 모듈제조단가를 줄일 수가 있고 설치에 필요한 공사비, 땅값 등도 줄일 수 있기 때문에 최종적인 설치 가격에서 다결정과 단결정
태양전지는 비슷한 상태이다(참조자료 2).
그런데 최근에 미국 MIT연구자들이 다결정 실리콘 태양전지의 효율을 단결정 수준으로
향상시키고, 이에 대한 양산을 준비하고 있어 주목을 받고 있다.
미국 MIT 기계공학과 일리 작스(Ely Sachs) 교수
연구팀은 상용 태양전지(solar cell)를 개선하여 조만간 기존의 것보다 훨씬 싸고 좀 더 효율적으로 태양전지를 만들게 될 것이다. 일리
작스 교수는 2012년까지 이러한 태양전지가 와트(watt) 당 1달러 정도로 가격 면에서 석탄에 필적할 수 있을 것으로 전망했다.
일리 작스 연구팀은 ‘1366 테크놀로지(1366 Technologies)’라고 불리는 스핀오프(spin off) 회사를
만들었다. 최근에 창업투자회사로부터 1240만 달러(약 123억 원)의 자금 지원을 받은 일리 작스 연구팀은 태양전지 초도 배치(batch)를
제작하기 위한 파일럿 스케일(pilot-scale)의 생산 플랜트를 제작하고 있다.
흔히 새로운 공정이나 시스템을 도입할 때
대부분의 경우 실험실 내에서 이론과 이를 실험으로 확인하는 수준인 실험실 스케일(laboratory scale)을 실시한 후, 그 효과 및
성능이 입증되면 좀 더 큰 규모인 벤치 스케일(bench scale)로 진행하고, 다시 그 공정이나 시스템의 효능이 입증되면 실제 가동할
장소에서 파일럿 스케일의 공정이나 시설을 설치하여 운영하게 된다. 이 파일럿 스케일의 성공 여부에 따라 그 공정이나 시스템이 실제로 설치
운영되게 된다. 물론, 연구자의 판단에 따라 신속한 진행을 위해 실험실 스케일에서 파일럿 스케일로 바로 진행될 수 있으며, 이미 입증된
시스템에서 약간의 공정 변화를 주는 경우 바로 파일럿 스케일로 운영될 수 있다(
http://k.daum.net/qna/view.html?qid=0DhPH 참조).
일리 작스 연구팀의 태양전지는 현재
19.5%의 효율을 가지며, 와트당 1.65달러(약 1640원)의 비용이 소용된다. 이것은 오늘날 약 15%의 효율과 와트당 2.10달러(약
2080원)의 비용을 가진 유사한 상용 태양전지와 비교하여 효율이 27% 향상된 것이다.
1366 테크놀로지의 태양전지는 최고
품질의 단결정 전지보다 덜 효율적인 다결정 실리콘으로 만들어서 매우 저렴하다. 그러나 일리 작스 연구팀의 연구 성과로 인해 이러한 다결정 실리콘
태양전지는 단결정 전지와 동일한 수준의 효율성에 도달했다.
일리 작스 연구팀은 2009년에 파일럿 스케일의 생산 결과가 양산을
위한 공장 건립에 적합한지 결정할 것이다. 또한, 일리 작스는 향후 기술 진보로 인해 가까운 미래에 와트당 1.35달러(약 1340원)로 다결정
태양전지의 제조비용이 줄어들 것으로 예상했다.
새로운 태양전지 설계가 가진 가장 큰 개선점 가운데 하나는 태양전지의 표면에
결(texture)을 추가한 것이다. 과거에 이러한 단계를 다결정 실리콘으로 구현하는 것은 매우 어려웠다. 결이 추가되어 만들어진 거친 표면은
광을 휘게 하고, 배면에서 직접 반사되어 외부로 빠져나가는 대신에 태양전지 내부에서 이리저리로 더 길게 반사되도록 하기 때문에 더 많은 광을
포착할 수 있게 한다.
또한, 연구자들은 태양전지 내부에 와이어를 식각하여, 더 많은 광이 태양전지로 유입되게 한다. 또 다른
개선사항은 전류를 수확하는 은 와이어(silver wire)를 매우 얇게 만들어 비용을 절감하고 좀 더 많은 광을 전지 내로 유입시키는 것이다.
일리 작스는 현재 1366 테크놀로지의 설립을 돕기 위해 MIT를 휴직한 상태이며, 다른 태양전지 제작업체도 1366 테크놀로지의
설계를 무료로 사용하여 지구 에너지 요구조건을 충족시키기 위한 좀 더 적당한 가격을 가진 효율적인 방법의 태양력 발전 장치가 개발되기를
희망한다고 전했다. 1366 테크놀로지는 앞으로 전세계에 100메가와트의 산업용 플랜트를 제작하기를 희망하고 있다.
이와 같이 이
글에서 제시하고 있는 단결정 실리콘 태양전지의 효율에 비견되는 다결정 실리콘 태양전지의 개발은 향후 태양전지 시장에서 다결정 실리콘 태양전지를
대세로 만들 가능성을 제시하고 있다. 특히 반도체 및 LCD 기술분야에서 경쟁력을 가진 국내 기업들이 이와 유사한 공정을 가진 유망한 태양전지
시장에서 향후 새로운 수입원을 창출할 것으로 기대되면서 이러한 새로운 기술개발 동향에 관심을 가질 필요가 있다. 더욱이 1366 테크놀로지의
기술을 무료로 사용할 수 있으므로 국내 관련 업계가 그 기술의 타당성을 검토하여 도입 여부를 고려할 필요가 있다.
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