세계는 지금 기술전쟁이다. 어느 분야를 막론하고 세계는 자국의 기술력을 높이는데 주력하고 있는 상황이며 특히 최근 떠오르고 있는 신재생에너지분야는 더욱 치열하다. 현재 세계 최고 수준의 기술을 보유하고 있는 국가는 독일로 미국, 중국, 일본이 그 뒤를 잇고 있다.

우리나라도 태양광, 풍력 등에 대한 차세대 기술을 개발하기 위해 산·학·연·관 등이 참여하고 있으며 1~3년까지 과제별 수행기간을 두고 단독 또는 각 기업, 기관들이 컨소시엄을 형성해 세계 기술시장을 지배하기 위한 연구를 수행하고 있다.

한국에너지기술평가원은 이러한 연구개발의 기획관리 등의 사업을 효율적으로 수행, 지원하기 위한 준정부 기관이다. 국산 에너지 공급, 기후변화협약대응, 수출산업화를 통한 고용창출을 추진하고 성능 위주의 기술이 아닌 효율성을 극화한 연구개발로 기술성·경제성·시장성의 가이드라인 형성으로 정책목표를 실현한다. 이에 현재 에너지기술평가원에서 진행하고 있는 신재생에너지관련 국책과제 수행 실적 및 결과와 태양광관련 연구과제를 수행하고 있는 기업들에 대해 알아보고자 한다.

 

  

초저가 고효율
셀 · 모듈 개발

 한화케미칼(대표 홍기준)은 현재 ‘초저가 고효율 결정질 실리콘 태양전지 및 모듈 양산기술개발’ 과제를 수행하고 있다.

이는 셀효율 21% 및 모듈 제조원가(기판제외) 0.85달러/W의 초저가 고효율 결정질 태양전지를 개발하는 과제다.

한화케미칼은 이 목표를 당성하기 위해 오성엘에스티(기판) 및 에스에너지(모듈)와 협력해 WT-PERL이라는 EWT(emitter wrap-through) 셀 디바이스를 기반으로 하는 태양전지를 개발하고 있다.

EWT 셀의 특징은 저가의 p-type 다결정 및 단결정을 모두 사용하면서도 고효율 달성이 가능할 뿐 아니라 후면전극 형태이기 때문에 모듈제조 공정비용을 절감해 RFP 상의 목표를 달성하는데 가장 유망한 셀 구조다.

하지만 표준형 셀같이 기술개발 로드맵이 없어 기술개발 방향에 대한 개념을 정립해가면서 진행해야 하기 때문에 여러 가지 방안을 동원해 당사만의 기술을 개발하는 연구를 수행하고 있다.

현재 최초의 prototype EWT 셀이 지난해 말 처음으로 제작됐으며 올해부터는 효율증대를 위한 다양한 공정을 적용해 셀을 개발 중에 있다.

후면전극의 특징인 높은 전류는 목표치에 근접했으나 다른 특성값이 목표치에 미달해 이를 높이는데 주안점을 두고 진행하고 있다.

한화케미칼의 관계자에 따르면 현재 각국 기업(특히 중국 업체)의 발표되는 실적 상황을 볼 때 총 제조원가는 정부과제 RFP 설정 당시의 목표에 비해 더 낮아야 할 것으로 예상하고 있다.

한화케미칼의 한 관계자는 “이 기술은 고효율 및 저가격화라는 두 마리 토끼를 모두 잡아야하는 매우 도전적인 과제”라며 “WT-PERL 셀은 저품위 기판과 150마이크로 박형 및 고효율이 가능한 후면전극 기술을 기반으로 하고 있기 때문에 고효율 및 저가격화라는 목표에 가장 적합한 디바이스라고 할 수 있다”고 강조했다.

 

  

17.2% 효율
다결정태양전지 양산

미리넷솔라(대표 이상철)는 중장기 성장의 기반을 마련하기 위해 지난 2008년 대구공장 1기라인 준공 직후에 솔라셀기술연구소를 설립, 원천 신기술 확보에 앞장서고 있다.

미리넷솔라는 태양광산업 전 공정(밸류체인)에 걸쳐 연구개발분야에 투자를 아끼지 않고 있으며 그 결과 국책기술과제를 통해 17%대 효율의 태양전지 개발이라는 획기적인 성과를 거뒀다.

특히 고효율 태양전지, 차세대 태양전지, 고순도 원재료 정제기술, 태양광 모듈 등 4대 중점 연구분야에 대한 기술 혁신과 함께 세계적인 수준의 연구개발 인력 육성을 목표로 했다. 이에 솔라셀기술연구소는 ‘Open Lab, Open Innovation’을 표방해 산·학·관을 연계한 공동 연구개발 시스템을 구축해나갈 계획이다.

현재 진행 중인 국책 기술개발과제만 5개(주관 4개, 참여 1개)로 3년여 동안 정부로부터 약 100여억원의 연구개발자금을 지원받고 있다.

지난 2010년부터 2012년까지 3년간에 거쳐 태양전지를 비롯한 주변 공정분야에 대한 연구개발을 통해 세계시장에서 유리한 고지를 확보하기 위한 20% 효율의 태양전지 개발과 생산수율 99%를 목표로 각종 공정 제어기술, 장비 국산화 등 태양광 공정분야의 통합기술 개발을 진행해오고 있다.

이와 함께 미리넷솔라는 태양전지용 고순도 결정질 실리콘 기술 개발 및 생산체계를 구축하면서 잉곳·웨이퍼 등 원재료 정제기술과 나노기술을 접목한 차세대 태양전지 용용기술 연구개발에도 더욱 박차를 가하고 있다.

또한 고효율 다결정 실리콘 태양전지 양산화 기술개발을 진행해왔고 2010년 4월 ‘스크린 프린팅’ 공정보다 제품성능이 뛰어난 그라비아 옵셋 프린팅 공정방식을 채택한 17.2%의 다결정 실리콘 태양전지(c-Si) 양산화 공정개발에 성공한 것. 이 기술은 한국에너지기술연구원으로부터 제품의 광변환 효율 검증서도 획득했다.


 

 19% 이상 고효율
태양전지 상업화

신성홀딩스(대표 이완근)는 현재 ‘19% 이상 고효율 결정질 실리콘 태양전지의 상업화를 위한 Laser Doping Technology 개발’과 ‘고효율 i-PERC 결정질 실리콘 태양전지 상용화 기술 개발’ 2개의 국책과제를 진행 중에 있다.

‘19% 이상 고효율 결정질 실리콘 태양전지의 상업화를 위한 레이저도핑기술 개발’은 호주의 UNSW와 공동 연구 개발 중인 것으로 2009년 4월1일부터 2012년 3월31일까지 총 사업비 28억8,500만원을 투자해 수행하고 있다.

이 과제의 원천기술은 호주 UNSW에서 가지고 있으며 신성홀딩스는 이 기술의 상업화 추진을 목표로 하고 있다.

이 레이저도핑기술은 웨이퍼 N층의 농도를 조절해 태양빛이 더 많이 흡수됨과 동시에 생산된 전류가 더 많이 빠져나가도록 해 효율을 크게 높일 수 있다. 또한 태양전지 생산라인에 레이저 공정만을 추가해 태양전지의 생산가격을 낮추고 효율을 높일 수도 있는 기술이다.

‘고효율 i-PERC 결정질 실리콘 태양전지 상용화 기술 개발’은 충청 광역경제권 선도산업의 일환으로 국부적 후면 전극의 기술개발을 통해 전후면 페시베이션 기술 고도화 및 전면 선택적 에미터 형성기술 개발 등을 추진하는 것이다.

특히 이 기술은 국내외 원천기술 확보에 큰 의미를 두고 있다. 그동안 고효율 태양전지 개발기술은 선진국의 원천기술을 이전 받는 수준으로 국내 태양전지 연구분야의 경쟁력을 높이기 위해서는 원천기술 확보에 대한 필요성이 지속적으로 대두돼 왔으며 이번 연구개발이 완료될 경우 고효율 태양전지 개발기술의 원천기술을 확보할 수 있게 돼 국내 태양전지산업의 경쟁력 강화는 물론 제품 양산 및 기술이전 등의 다양한 수익이 예상된다.

신성홀딩스의 한 관계자는 “신성홀딩스는 연구소 내에 기술개발과 함께 태양전지 생산라인에 바로 적용 할 수 있는 테스트 라인을 별도로 구축하고 있다”라며 “이는 연구와 생산의 단계가 매우 빠르게 진행돼 고효율 태양전지 개발의 원천”이라고 강조했다.


  

국내 최대 투과형
박막BIPV시스템

코오롱건설(대표 안병덕)은 기술연구센터 친환경건축연구소에서 2004년도 국내 최초 박막 BIPV시스템을 적용하면서 지속적으로 연구개발을 수행해오고 있으며 현재 ‘건물일체형 태양광발전(BIPV)시스템의 실증평가 연구’를 수행하고 있다.

코오롱건설은 지난 12월 실증대상건물이 신정되면서 선정된 실증대상건물의 위치 및 방위에 따른 BIPV시스템의 여러 적용안을 도출했으며 대안별로 음영 영향평가 및 예상 발전성능 평가를 완료했다. 현재는 선정된 최적 안 실시설계가 진행 중에 있다.

이 과제는 국내 최대 크기의 15kW급 투광형 박막 BIPV시스템의 실증 모델을 건립해 BIPV시스템의 표준화 설계 및 시공 안을 도출하는 것이다.

또한 실시간 모니터링시스템을 구축해 BIPV의 장기간 발전성능을 평가, BIPV의 발전특성에 대해서 분석하고 데이터베이스를 구축한다. 뿐만 아니라 건물소비에너지 절감효과, 일사유입량, 단열성능 등과 같이 건축환경 통합성능평가를 수행해 재실자의 쾌적 지표를 도출해 보급·확대 하는 것이다.

연구 수행기간은 2010년 6월1일(1차년도)부터 2012년 5월30일(2차년도)까지 2년 동안 진행된다.

코오롱건설의 관계자에 따르면 현재 1차년도 연구를 수행하고 있으며 지난 연구 수행과정 중 가장 어려웠던 것은 국내 최대의 15kW급 규모의 대용량 박막 BIPV시스템을 적용할 실증대상 사이트를 찾는 것이었다.

현재는 연구원들의 동분서주한 노력으로 연구목표에 딱 맞는 실증대상 사이트를 찾게 됐고 지금은 연구에 전념하고 있다.

이 기술이 상용화가 되면 대지에 설치되던 태양광발전소 형태를 벗어나 주택, 공공건물, 상업건물 등과 같이 건물 위주로 BIPV시스템 보급이 확대될 전망이다. 또한 전력생산으로 건물에너지 소비량을 감소시키고 이산화탄소 발생을 억제해 환경보호에 크게 이바지할 것으로 기대된다.

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