대한민국 그린에너지를 책임질 CIGS란?

*시작하며

2011년 3월 일본 대지진 이후 전 세계적으로 신재생에너지라는 이름으로 급격한 발전을 하고 있다. 10월에
코엑스에서 있었던 태양에너지 포럼에서 지금은 세계적으로 경기가 안 좋지만 언젠가 회복될 것이고 전문가들이 예측하는
그리트패러티는 1년 더 앞당겨진 2014년으로 전망했다. 하지만 그리트패러티라고 하는 것은 그린에너지시장이
폭발 적으로 성장할 수 있는 계기가 된다는 뜻이지 끝이 아니라고 말했다.

현재 태양전지 시장은 실리콘계열인 1세대 태양전지 시설들이다. 태양전지 시장은 확장되고 있지만, 중국의 폴리실리콘 대규모 생산으로 인한 원가 하향으로 많은 폴리실리콘 제조 회사들 부도를 겪거나 힘들어하고 있다. 여기에 대한 대책으로는 2가지가 있다.

1. 폴리 실리콘 효율 증대와 공정시설 증대

OCI의 자료로는 효율 1% 증가 시 면적을 5%를 낮출 수 있다고 한다. 그리고 또한 공정시설을 더 늘려야 한다고 말했다. 그 이유로는
90년대 초반 전 세계적으로 반도체 시장이 불황일 때 지금과 같이 실리콘밸리에 있는 여러 반도채 기업이 망하였지만, 우리나라 대표 반도체 기업들은 미래를 생각하며 더 많은 공정시설을 건설하였다. 그 결과 2000년대 이후 세계 반도체 시장을 석권하게 되었다.

2. 차세대 태양전지 계발

정부는 2015년까지 1조 2천억원 정도의 신재생에너지 연구·개발 지원을 발표했다. 그중에 가장 큰 비중을 차지하는 에너지는 CIGS 산업이다. 현재 세계적인 정황으로 일본은 기술권에 관한 특허권을 다수 소유하고 있다. 하지만 공정에 관련된 특허권과 지식은 우리나라가 우월하다. 그래서 휴대전화기시장처럼 부품은 일본제품이지만 LG나 삼성처럼 공정을 통해 소비자들에게 파는 수익은 우리가 챙길 수 있다.
*참고로 CIGS관련 연구소와 개발중심지는 아시아 권이다.

자 그럼부터 우리나라 태양에너지 대표격이 될 CIGS에 대해서 알아보자.

1.CIGS 박막형 태양전지

*박막태양전지란?

얇은 막이라는 뜻으로 박막형 태양전지는 결정질 실리콘 전체를 기판으로 사용하는 결정형 태양전지와 다르게 유리 등과 같은 저렴한 원재료를 기판으로 활용하고, 표면에 얇은막으로 실리콘 재료를 증착시킨 2세대 태양전지이다.

*CIGS 장점?

                                                                               <사진>

높은 광흡수율로 1~2마이크로(0.001mm) 두께의 얇은 광흡수층만으로 고효율의 태양전지가 제조가 된다.
또한 안정성이 매우 뛰어나고 가벼워서 휴대가 가능하고, 유연한 기판을 활용하여 아름답게 제작할 수 있어 응용분야 또한 무궁무진할것으로 기대된다.

그리고 얇기 때문에 생산시 원자재의 소비가 매우 적고, 원재료 가격도 다른 태양전지에 비해 저렴하며, 공정에서도 신문찍어내듯한공정이 가능해 차세대 저가 태양전지로 떠오르고 있다.

현재 CIGS 박막 태양전지의 공정 단가는 결정질 실리콘보다 낮으면서, 빛 변환 효율은 비실리콘계 태양전지 중
가장 높은 것으로 알려져있다.


플랙시블 관련 링크 http://solarfollowers.tistory.com/331

*CIGS시장성

CIGS는 2011년 폴리실리콘의 가격이 많이 내려 박막형 태양전지의 원가경쟁력이 크게 약화되기도 하였으나, 잠재력 및 발전 가능성이 높은것은 분명한 사실로 나타났다. 일본 후지게이자이 자료에 의하면 2030년에 태양전지 예상 시장는 약 23조원으로 예상하며 2010년에 비해 무려 23.9배나 성장한다고 내다봤다.

조사 자료에 따르면 2030년 예상 세계 태양전지 시장은 186조 2600억원이며 2010년보다 4배 정도 늘어난 수치이다. 그중에서 CIGS의 성장률이 다른 태양전지에 비해 매우 뛰어날것으로 전망했다.

*국내 시장규모 및 전망

세계 박막형 태양전지 시장은 실리콘 태양전지와는 달리 산업화 초기 단계 라 할 수 있다.
또한 국내 박막형 태양전지 산업은 이제 연구가 활성화 되어서 걸음마 단계 라고 볼 수 있다.
그래서 실리콘태양전지 최대 생산국인 중국과 기술을 가지고 있는 일본과 독일에 비해 우리나라가 노력한다면
이 분야에서 만큼은 최대 생산국이 되고 최고 높은 기술을가질 수가 있다.

그 이유는 대형 설비로 이루어진 폴리실리콘과 다르게 박막태양전지는  반도체 및 디스플레이의 분야의 높은 기술력이 필요 하기 때문에 앞으로 선두주자가 되기 위해서는 기술 경쟁력 확보가 가장 용이 할 것으로 판단된다.

현재 CIGS에 관련된 특허수는 일본이 294건으로 전체의 50.7%를 차지하고, 미국이 176건 으로 30.3%, 유럽이 55건 으로 9.5%, 우리나라는 20건 으로 3.4%를 차지하고 있다.

일본은 흡수체 기술특허에 중점을 두는것으로 보이며, 미국은 tandem cell의 기술에 중점을 두며, 유럽은 전 분야에 걸쳐
비교적 고른 분포를 보이고 있다. 마지막으로 우리나라는 다른나라에 비해 기판과 버퍼층과 효율 높은 공정에 집중되있다.

* 마치며

실리콘 태양전지만으로 전력 생산에는 한계가 있다. 그래서 앞으로도 여러가지 태양전지 분야중 제일 유망한 CIGS에 대해서 알아보았다.하지만 지금 우리나라는 일본과 미국에 비해 여러가지 기술면에서 많이 떨어진다. 아직 시장형성이 제대로 되지 않은 CIGS시장의 선두주자로 나갈려면 대학교와 기업 국가가 협력해서 꾸준한 투자와 관심으로 원천기술을 다수 보유 해야한다. 그래야지만 자동차 반도체 조선업체 처럼 세계에서 1인자가 되지 않을까?


<참고자료>
1) 통계청, "광업 제조업 통계조사(산업총조사)" 2009
2)월잔 전자 부품, "CIGS 박막 태양전지 신공정과 신기술 및 시장전망" 2010.4
3)Photon International, 2010
4)Displaybank, 2009
5)한국반도체산업협회, "화합물반도체 박막태양광발전 기술과 산업동향", 2009.11
6)KISTI 글로벌동향브리핑, 2010.3
7)한국산업기술진흥회, "유연태양전지 생산 인쇄기술 연구", 2010.3
8)사진 독일 솔라리온사 CIGS 

 S.F 권순일(ksi926@naver.com)
http://www.cyworld.com/kwon926