태양광발전이 정부의 지원정책으로 최근 2~3년새 30% 이상의 빠른 성장을 보이고 있는 가운데 실리콘 재료를 최소화할 수 있는 박막형 Si 태양전지가 2세대 태양전지로 부각되고 있는 것으로 나타났다.

특허청(청장 고정식)에 따르면 지난 14년간(1995~2008) 화학적 기상증착, 물리적 기상증착 방식과 같은 반도체.LCD 증착기술을 적용한 박막형 Si 태양전지의 국내 특허출원은 총 707건이었다.

이를 연도별로 살펴보면 1995년~1996년 27건, 1997~1998년 66건, 1999~2000년 62건, 2001~2002년 57건, 2003~2004년 82건으로 1997년 외환위기 이후 2004년까지 미미한 증가를 보이다가 2005~2006년 164건, 2007~2008년 249건으로 급격히 증가하는 추세이다.

현재 1세대 결정형 Si 태양전지는 높은 에너지 전환효율과 안정성 탓에 90% 이상의 시장점유율을 보이고 있다. 하지만 원재료인 폴리실리콘의 부족 현상이 갈수록 심화되고 있고 결정형 Si 태양전지의 제조단가는 다른 신재생에너지에 비해 수 배 이상 높아 보급의 걸림돌로 작용하고 있다.

이런 문제를 해결할 수 있는 박막형 Si 태양전지는 CdTe, CiGS형 태양전지와 함께 2세대 태양전지로 분류되고 있다. 박막형 Si 태양전지는 결정형 Si 태양전지에 비해 에너지 전환 효율은 다소 낮지만 제조시 사용된 에너지 회수기간이 절반 정도로 짧고 두께도 1%에 불과해 제조 단가를 혁신적으로 절감할 수 있다.

또한 박막형 태양전지 분야는 산업화 초기 단계에 있고 제작 방식이 반도체?LCD 증착기술과 유사하기 때문에 세계 최고 수준의 반도체?LCD 증착기술을 갖고 있는 국내 업체가 기술과 시장경쟁력 면에서 우위를 차지할 가능성이 높다.

증착 방식에 특징이 있는 박막형 Si 태양전지 관련 출원건수를 보면, 원자층 증착(ALD)을 포함한 화학적 기상 증착(CVD)과 스퍼터, 진공 증발법을 포함한 물리적 기승 증착(PVD)은 각각 134건, 112건으로 비슷하다.

CVD에 관한 출원은 1995년 초기부터 현재까지 꾸준하며 PVD는 비교적 2003년 이후부터 출원이 증가해 2006년에 급격한 상승세를 나타냈다.

이는 전통적으로 CVD를 적용했던 Si 광활성막 증착에 대한 출원 외에도 최근에는 PVD를 이용해 패턴형서, 모듈화, 표면처리, 에칭 및 전극?전도막 형성과 같은 태양전지의 다른 부대 요소에 대한 출원이 증가했기 때문이다.

Si 광활성막의 결정구조에 특징이 있는 박막형 Si 태양전지 관련 출원동향을 보면, 전 기간에 걸쳐 다결정 Si의 비율이 비정질 또는 단결정 Si의 경우보다 다소 높다. 이는 일반적으로 반도체?LCD 증착기술을 적용해 제조된 Si 박막은 비정절의 결정구조를 갖는데 증착된 비정질 Si 박막을 플라즈마로 처리하거나 도핑처리 또는 열처리 등의 간단한 공정을 통해 에너지 전환 효율이 더욱 높은 다결정 Si 광활성막을 제조할 수 있기 때문이다.

2005~2008년에는 비정질 Si 태양전지의 출원건수가 오히려 단결정보다 많은 것으로 나타났는데, 이는 비정질 Si로부터 단결정 Si를 제조하는 공정이 간단하지 않고 Si 광활성막 외의 부대요소에서 태양전지의 전체효율을 개선한 출원이 증가했기 때문이다.

현재 태양광시장이 잠시 주춤했지만 국내 업체들은 시장진출 채비를 단단히 하고 있는 것으로 알려졌다.

한국철강, 알티솔라는 국내 최초로 박막형 비정질 Si 태양전지 라인을 건설했고 박막형 비정질 Si 태양전지의 핵심소재인 모노실란 시장에서도 소디프신소재와 코아텍은 생산설비의 대규모 증설에 나섰다.

하지만 아직 대부분의 업체는 1세대 결정형 실리콘 소재분야에 집중돼 있고 박막형 태양전지 생산을 목표로 하고 있는 업체는 5개사에 불과할 정도로 박막형 태양전지 분야는 초기 시장의 형태를 띠고 있다.

그러나 몇 년 새 태양광발전 산업이 급격히 확장한 것을 감안하면, 박막형 Si 태양전지를 비롯한 다양한 박막형 태양전지의 상용화는 시간문제일 것으로 보인다.