현 태양전지의 90% 이상을 차지하고 있는 결정형 Si 태양전지의 단점을 극복한 박막형 Si 태양전지가 관련업계의 관심을 집중시키고 있다.
특히 우리나라는 박막형 태양전지분야의 초기 단계이지만 제작 방식이 반도체·LCD 증착기술과 유사하기 때문에 세계 최고 수준의 반도체·LCD 증착기술을 가지고 있는 국내 업체가 기술 및 시장 경쟁력면에서 우위를 차지할 가능성이 높아 향후 태양전지시장에서 우리나라가 중요한 위치에 설 수 있을 것으로 기대된다.
특허청에 따르면 지난 14년간(1995~2008) 화학적 기상 증착, 물리적 기상 증착 방식과 같은 반도체·LCD 증착기술을 적용한 박막형 Si 태양전지의 국내 특허출원(실용신안 포함)은 총 707건이었다.
이를 연도별로 살펴보면 1995~1996년 27건, 1997~1998년 66건, 1999~2000년 62건, 2001~2002년 57건, 2003~2004년 82건, 2005~2006년 164건, 2007~2008년 249건으로, 1997년 외환위기 이후 2004년까지 잠시 주춤했다가 최근에는 급격히 증가추세를 보이고 있다.
출원인별 국내 특허출원 동향을 살펴보면 외국인은 59%의 점유율을 보여 내국인의 출원보다 다소 많은 것으로 나타났다. 외국인 출원 중에서는 이미 결정형 Si 태양전지분야에서 선두를 달리고 있는 일본(54%)이 가장 많은 부분을 차지하고 있으며 뒤로 미국(32%), 독일(5%), 기타(유럽, 호주, 프랑스, 영국 등)의 순으로 나타났다.
주요 출원인은 반도체·LCD 제조기업인 삼성전자·삼성SDI(68건)가 수위를 차지했으며 뒤로 캐논(48건), LG전자·LG화학·LG필립스LCD(37건), 소니(15건), 어플라이드머티어리얼스(15건), 코닝(14건), 주성엔지니어링(14건), 신에쓰가가꾸고교가부시끼가이샤(12건), 제이에스알가부시끼가이샤(12건), 이아이듀폰디네모아앤드캄파니(11건), 세이코엡슨가부시키가이샤(9건) 등의 순으로 집계됐다.
증착 방식에 특징이 있는 박막형 Si 태양전지 관련 출원건수를 살펴보면 원자층 증착(ALD)을 포함한 화학적 기상 증착(CVD)과 스퍼터, 진공 증발법을 포함한 물리적 기상 증착(PVD)은 각각 134건 및 112건으로 거의 비슷한 비율로 출원됐다.
CVD에 관한 출원은 1995년 초기부터 현재까지 꾸준히 이어져 왔으며 PVD는 비교적 2003년 이후부터 출원이 증가하기 시작해 2006년에 급격한 상승세를 보이고 있다. 이는 전통적으로 CVD를 적용했던 Si 광활성막 증착에 대한 출원 외에도 최근에는 PVD를 이용해 패턴형성, 모듈화, 표면처리, 에칭 및 전극/전도막 형성과 같은 태양전지의 다른 부대 요소에 대한 출원이 증가했기 때문으로 분석된다.
Si 광활성막의 결정구조에 특징이 있는 박막형 Si 태양전지 관련 출원 동향을 보면 전기간에 걸쳐 다결정 Si의 비율이 비정질 또는 단결정 Si의 경우보다 다소 높은 것으로 나타났으며 2005~2008년에는 비정질 Si 태양전지의 출원건수가 오히려 단결정 Si보다 많은 것으로 집계됐다.
박막형 Si 태양전지의 전체 효율은 광활성막 외의 부대 요소와도 관련이 있다. 이에 반도체·LCD 증착기술을 적용한 예를 살펴보면 도핑기술(22%), 적층구조형성(21%), 표면개질(19%), 모듈/패턴제조(15%), 보호커버층(8%), 비정질 Si의 결정화(8%), 투명전극/전도성막(6%)의 순으로 나타났다.
비록 전 기간에 걸쳐 광활성막 자체와 관련한 도핑기술 및 표면개질에 관련한 출원비율이 여전히 높은 비율을 차지하고 있으나 최근 들어 적층구조형성 및 모듈/패턴 제조에 대한 비율이 다소 증가했다.
이는 박막형 Si 태양전지의 최근동향이 현장에서 설치 및 운용할 수 있는 형태로 산업화되고 있는 상황을 반영하고 있는 것으로 분석된다.
현재 세계적인 금융위기로 태양광시장이 잠시 주춤하고 있지만 국내의 관련 업체들은 시장 진출을 위한 준비가 한창이다.
한국철강 및 알티솔라는 국내 최초로 박막형 비정질 Si 태양전지 라인을 건설했으며 박막형 비정질 Si 태양전지의 핵심소재인 모노실란시장에서도 소디프신소재 및 코아텍은 생산설비의 대규모 증설에 나섰다.
아직 대부분의 업체는 1세대 결정형 실리콘 소재분야에 집중돼 있고 박막형 태양전지 생산을 목표로 하고 있는 업체는 5개사에 불과하지만 태양광발전 산업의 급격한 확장에 따라 머지않아 박막형 Si 태양전지를 포함한 다양한 박막형 태양전지의 상용화가 이뤄질 것으로 예상되고 있다.
태양전지산업을 육성하기 위해 정부의 지원도 크게 확대될 예정이다. 지식경제부는 그린에너지 전략로드맵(안)을 통해 오는 2012년까지 3,398억원을 투자키로 했다. 장기적으로는 결정형 반도체 태양전지를 기반으로 하고 차세대 박막형 태양전지로 다각화하는 방향으로 설정됐다. 이에 따라 앞으로도 관련 기술 개발 및 특허출원이 지속적으로 증가할 것으로 전망된다.
특허청의 관계자는 “해당분야 중소기업들의 보다 효율적인 지식경영을 돕기 위해 지식재산관리 전담부서설치, 맞춤형 특허맵 작성, 지식재산 인재육성 프로그램 지원 등을 포함한 지식재산 경영 종합 컨설팅 사업을 실시하고 있다”고 밝혔다.