힘 세고 오래가는 태양전지의 비밀, 표면코팅 - 나노에코웨이

국제그린에너지 엑스포 기업취재 – 나노 에코웨이

 

 태양광을 받아서 에너지를 생산하는 Solar cell의 경우, 일사량이 부족하면 생산량이 같이 떨어지게 된다. 그 말인즉슨 기상환경에 따라 Solar cell의 발전량이 좌우된다는 말이다. 그렇다면 Solar cell 의 발전량을 향상시키기 위해서는 어떤 방법이 있을까? 그저 내일 날씨가 화창하기만을 기대하며 물이라도 떠놓고 기도를 해야 하는가? 아니면 Solar cell의 기술개발이 하루속히 이루어져서 Cell자체의 효율증대가 될 때까지 기다리고만 있어야 하는가?

 이 질문에 대한 대답은 다소 간단한 곳에서 찾을 수 있다. 굳이 빈대 하나 잡자고 초가삼간을 다 태울 필요가 있을까? 일사량이 Solar cell의 생산량에 절대적인 영향을 미친다는 건 사실이지만, 더 정확히 얘기하면 Cell의 표면에 투과되는 일사량이 중요하다. 즉 아무리 날씨가 좋아도 정작 Cell 위에 이물질이 있거나 투과량이 좋지 않다면 그건 Solar cell의 발전량에 큰 장애가 된다. 그러니까 Solar cell의 발전량을 좌우하는 건, 표면을 통과하여 Cell까지 도달하는 일사량이다.

 그러므로 기존의 Cell을 대거 교체할 필요없이 발전량을 상승시키기 위해서는 일단 표면이 깨끗해야 하고 태양광을 잘 받아들일 수 있어야한다. Cell의 분야에서 혁신적인 기술개발이 이루어지지 않는 한, 표면을 잘 다루어야만 발전량을 향상시킬 수 있으리라 생각한다.

 

[사진 1. 그린에너지엑스포에 참가한 나노에코웨이의 부스]

 이번에 취재한 ‘나노 에코웨이’는 기존에 갖고 있던 코팅기술력을 바탕으로 최근에서야 Solar cell의 분야로 뛰어들었는데 기존에 설치된 Cell에 효율을 증대시키는 코팅을 입히는 서비스를 제공한다. 기존의 Cell에 부착되어 있는 코팅과 나노 에코웨이만의 코팅 사이에는 어떤 차이점이 있고, 어떤 기술력을 바탕으로 하는지 알아보기 위해 이번 국제그린에너지엑스포를 맞이하여 직접 인터뷰를 하러 나섰고, 덕분에 나노 에코웨이에 대해 많은 이야기를 들을 수 있었다.

1. 국제그린에너지엑스포에 참가하면서 어떤 목적과 기대효과를 생각하셨나요?

- 사실 이런 엑스포나 박람회에 참가하는 건 이번이 처음입니다. 이전까지는 기술개발에 주력하느라 여건이 안 좋았는데, 참가해보니 생각보다 반응이 괜찮아서 놀랐습니다. 대부분의 참여업체들도 그렇겠지만, 저희도 마찬가지입니다. 여기 참가한 주목적은 기업 및 제품 ‘홍보’ 라고 할 수 있지요. 사실 저희업체가 solar cell 부분으로 사업을 확장한 건 최근의 일입니다. 저희가 기존에 갖고 있던 코팅기술을 토대로 cell에 적용한다면 분명히 수익성이 있으리라는 생각이 들었고, 충분한 연구개발을 거친 지금에서야 처음 참가하게 됐습니다.

2. 코팅제는 2가지가 있고, 2회 코팅하는 걸로 알고 있습니다. 어떤 차이가 있나요? 왜 2종류로 만드셨나요?

[그림 1. 나노에코웨이의 Max Solar 코팅 서비스]

 

[그림 2. 나노에코웨이의 Solar Skin 코팅 서비스]

- 일단 저희가 주로 하는 코팅이라 함은 AR코팅과 AS코팅, SC코팅이 있습니다.

AR기능은 anti-reflective 의 약자이며, 말 그대로 표면반사를 억제시키는 기능을 하고, AS는 anti-static/soiling 의 약자로써 방오기능을 의미합니다. 마지막으로 SC기능은 self-cleaning의 약자로 자가정화 기능을 의미하구요. 여기서 저희 필드코팅 서비스는 크게 2가지로 나뉩니다. 첫 번째는 AR+AS+SC 기능이 모두 포함된 ‘Max Solar’, 두 번째는 SC+AS기능이 포함된 ‘Solar skin’ 입니다.

3. 코팅의 기능 유지 기간은 보통 얼마정도인지 궁금합니다.
- Max Solar 의 경우 AR기능은 반영구적이고 AS기능은 1~3년가량 됩니다. Solar skin의 내구성은 약 1~3년 정도입니다.

4. Coating의 두께는 얼마정도 되나요?

[그림 3. Thickness-Transmission Curve]

- 두께는 150nm일 때 최고효율을 가져올 수 있습니다. 약 3%의 투과효과를 얻을 수 있는데요. 기존의 반사량이 4%라면 150nm의 AR코팅을 했을 때, 1%의 반사만 일어나게 됩니다. 따라서 저희는 150nm의 코팅 두께를 유지하는데 중점을 준다는 게 핵심이겠네요.

5. AR 코팅과 PV glass 공정을 둘 다 할 수도 있나요? 만약 그렇다면 얼마정도의 출력상승을 기대할 수 있을까요?

- 일사량이 일정하다고 할 때, 출력은 굴절률과 코팅두께에 의해 좌우된다고 볼 수 있겠네요. PV glass 공정이란 애초 제작단계부터 여러 코팅을 미리해서 나오는 cell들을 의미한다고 보면 되겠습니다. 하지만 이건 최근에 이르러서야 상용화된 기능이구요. 기존의 cell들은 주로 중국재 저가 코팅 및 glass를 사용해왔습니다. 아무래도 좋은 재료들은 고가이다보니 수익성이나 여러가지를 고려해봤을 때, 저가의 제품이 채택되는 경우도 있을 수 있습니다. 하지만 그러한 cell들은 시간이 지남에 따라 출력은 눈에 띄게 감소할 가능성이 높지요. 물론 다양한 요인이 있겠지만, cell들은 표면의 오염만 잘 처리해도 출력 및 발전량이 큰 폭으로 상승합니다. 저희는 그런 측면을 잘 파악해서 기존의 cell들에게 AR/AS 코팅 서비스를 제공하는 거구요. 장기적인 투자를 위해 설치한 cell들의 출력을 ‘조금’ 높이기 위해서 cell ‘전부’를 다 갈아엎을 순 없으니까요. 그래서 저희는 cell전체를 판매하는 것이 아니라, cell코팅공정 서비스를 판매합니다. 기존의 코팅공정이 고온에서 이뤄지는 고온경화 공정이었다면, 저희는 상온에서도 안정적으로 코팅을 할 수 있다는 거지요. 열처리라던가 어떠한 부가적인 조치 없이도 저희는 상온경화를 할 수 있다는 강점이 있습니다. 결국 이건 비용의 절감으로 이어져 수익성이 증대된다고 할 수 있지요.

 

6. 표면마찰력 저감 효과는 어떤 기술인지 간단히 들을 수 있을까요?

 

     

[그림 4. 수막효과를 이용한 이슬제거 기술]

      

[그림 5. 나노에코웨이의 AS Coating의 예시]

- cell의 표면에 오물이 묻었을 때, 잘 떨어질 수 있게 만드는 기능입니다. AS기능 쪽에 가깝다고 할 수 있겠네요. 저가 및 저품질의 코팅들은 이 기능이 별로 좋지 않습니다. 육안으로도 비교될 정도입니다.

 

 [사진 2. 기존의 Coating(좌), 나노에코웨이의 AS Coating(우)]

 기존 저가 Coating의 경우 흑연을 흘려보냈을 때, 이물질이 남아있는 것이 확연히 보인다. 반면 나노 에코웨이의 AS coating 공정을 거친 표면의 경우 흑연이 남아있지 않고, 아주 깨끗이 흘러내려간 것이 확인된다.

7. 태양광의 입사각은 시간에 따라 변하는데, 코팅기저의 반사각을 어떤 방식으로 조정하여

   표면의 반사파장을 상쇄하는지 궁금합니다.

 

- cell의 표면에 씌어진 코팅은 표면에서 한번 반사가 일어나고, 코팅 기저부분에서도 한번 반사가 일어나게 됩니다. 모든 물질이 그렇습니다. 각 원자층에서 전부 반사가 일어날 수 있지요. 저희는 그 점을 이용했습니다. 표면에서 반사되는 파장의 주기와 표면아래에서 일어나는 반사파장의 주기를 잘 이용하면 반사량을 상쇄시킬 수 있기 때문입니다. 기본 원리는 이렇지만, 전체적인 것들을 모두 종합적으로 고려하여 연구한 결과 굴절도가 1.5가 될 때 가장 이상적이었습니다. 그리고 이 굴절률 1.5를 만들기 위해 필요한 두께는 아까 설명했다시피 150nm 이 적절한 거구요.

[ 그림 6. AR Coating의 원리 및 효과]

 또한 Cell이 태양광을 더 많이 수집하기 위해서는 표면의 미세형태도 중요합니다. 표면을 확대해서 잘 살펴보면, 매끈하지 않고 뾰족한 산들이 빼곡히 늘어선 형태를 하고 있습니다. 이는 가시광선을 Trap 하기 위함인데요. 파장이 삼각형의 한 빗면에 부딫히고 나면 반대쪽의 사면으로 다시 반사됩니다. 이 때 가시광선의 파장은 산과 산사이의 골에 모이게 되지요. 이런식으로 파장의 trap이 일어나게 됩니다. 즉 가시광선을 좀 더 효과적으로 모을 수 있게 되고, 이렇게 수집된 파장은 1.5의 굴절도를 만족시키는 150nm의 코팅을 지나 cell로 입사하게 되는 겁니다.

[그림 7. Coating의 표면구조]

8. 홈페이지를 참고해보니 개인 사업자의 태양광 발전소에 코팅한 사례들을 많이 볼 수 있었습니다. 대전방지로 먼지와 흙이 쌓이는 것을 방지하는 기능은 사막지방의 Solar palnt에서 더 효과적일 수 있을 것 같은데요, 소개해 주실만한 사례가 있으신가요?

 

- 사실 그 부분에 대해서는 검토 중에 있습니다. cell의 출력에 영향을 주는 먼지는 주로 dry dust가 아닙니다. wet dust 들이 출력감소에 상당한 영향을 미치지요. 또한 그런 평야지방에는 바람이 거세서 풍화작용도 강하게 일어납니다. 그러면 아까 말했던 삼각산 모양의 표면조직이 많이 손상되고 그로 인한 기능저하도 있겠지요. 즉, 그 지역의 환경여건에 따라서 발생할 수 있는 변수들이 너무 많아요. 일사량이 단순히 높기 때문에 먼지만 해결하면 상당한 이익을 얻을 수 있다는 건 너무 성급한 결론이라는 거죠. 하지만 분명 연구할 가치는 있다고 생각합니다. 그래서 중동에 있는 해외 연구소에 의뢰를 맡겨 측정값을 얻었고 출력상승을 확인했습니다만, 이러한 결과가 곧바로 사업확장이나 시장성을 만족한다고 보기는 어렵네요. 분명 가능성은 있습니다. 하지만 너무 많은 변수들이 있기 때문에 아직은 좀 더 지켜봐야 할 것 같다는 게 저희 생각이네요.

 

9. 나노에코웨이에서는 앞으로 어떤 방향으로 사업을 나아가실 계획이신지 궁금합니다.

- 앞으로의 사업방향에 대해서는 생각하고 있는 부분이 꽤 많습니다. 사실 solar cell부분은 여러가지 변수들이 존재하고 있고, 기업의 관점에서 바라봤을 때 현재로서는 수익성 측면으로 봤을 때, 꽤 많은 한계점을 갖고 있다고 판단됩니다. solar cell에 코팅을 입히는 데에는 장비, 소재액, 표면구조 등등 전부를 고려해야해서 준비해야 할 게 너무 많으니까요. 하지만 코팅기술, 그러니까 Film 공정은 display나 혹은 일상곳곳에서 필요로 하는 곳이 많은 기술이지요. 그래서 저희는 solar cell에 국한되기 보다는 코팅기술이 필요한 전반에 걸쳐서 사업을 확장하고자 하는 계획이 있습니다. 그 분야는 모바일이 될 수도 있고, 혹은 거대한 빌딩표면에 있는 창문이 될 수도 있겠지요. 아니면 거울이나 자동차 유리나 수경에도 사용될 수 있습니다. 최종목표는 Building Self Cleaning 기술을 개발하는 겁니다. 요즘 지어지는 거대사옥 같은 경우는 유리로 된 건물들이 많지요. 이 건물들이 보기에는 예쁘고 멋있지만 사실 이를 관리하는 데에는 상당한 비용이 필요합니다. 청소부도 고용해야하고 그 면적이 만만치 않지요. 그래서 저희는 그러한 비용을 절감시킬 수 있는 Coating 기술을 개발하는 게 최종사업 목표라고 할 수 있겠습니다.

긴 이야기를 해주신 ㈜나노에코웨이 노태훈 대표님께 감사인사를 드리며 인터뷰 내용 정리를 마치겠습니다.

 

소감

 

11기 강병근

 사실상 Solar cell의 출력향상에 대한 기술개발은 생각보다 그리 빠르지 않다. 만약 현 시점에서 특정 cell의 출력이 3%가 증가한다면 이는 가히 획기적인 개발이라 할 수 있다. 하지만 그만큼의 출력향상을 위해 소요될 시간과 비용, 그리고 위험부담은 너무 크다. 하루 자고 일어나면 어제의 신기술이 오늘의 구닥다리가 되어버리는 반도체 분야에서 그만큼의 투자를 하기는 생각보다 쉽지 않다. 하지만 문제를 더 세부적으로 쪼개고 쪼개다보니 결국 Coating에서 답을 얻을 수 있었다. 가장 적은 비용으로 가장 큰 효과를 얻을 수 있는 방법이 바로 Coating 에 있는 것이다.

나노에코웨이는 바로 그 점을 잘 파악하고 있었다. 결국 Cell의 출력향상을 위해서는 최종적으로 Cell에 들어오는 일사량을 늘리는 게 중요하다는 걸 알고 있었고, 가진 바 기술력을 바탕으로 Solar cell이라는 새로운 영역에 도전장을 내민 것이다. 인터뷰를 진행하는 내내, 노태훈 대표님의 조곤조곤한 설명에 감탄했고, 사소한 질문에 열심히 답변해주시는 태도에 놀랐다.

부족하기만 한 내 질문지에 남효형 기자님의 도움과 대표님의 꼼꼼한 설명 덕분에 인터뷰를 무사히 마칠 수 있었습니다. 어렵사리 작성한 이 기사가 나노에코웨이의 다양한 장점들을 돋보이게 하고, 나아가 더 다양한 방면에서 이름을 떨치길 빕니다.  

 

10기 남효형

 태양광 산업에 관심을 가지고 살펴보고 있었는데, 나노에코웨이는 신선한 사업내용을 갖고 있어 취재를 마음먹었었다. 코팅 서비스를 단독으로 제공하고 홈페이지에 기술 우수성을 깔끔하게 정리한 모습을 보며 기술에대한 이야기, 사업방향에 대한 이야기들을 더 듣고 싶었고 이런 내용으로 강병근 기자님과 인터뷰를 준비하였다. 이렇게 작성한 기사가 여러분께 새로운 회사의 면면 들을 더 반짝이게 드러내는 기사로 다가갔으면 좋겠습니다.