박막 태양전지 시장전망

미국의 Nano Markets사는 박막 태양전지를 사용한 태양광 발전 시스템(TFPV, thin-film photovotaics) 시장이 2015년 에는 72억 달러에 달할 것이라고 전망하였다. 현재의 시장 규모는 약 10억 달러를 상회하는 정도이다. Nano Markets 사에 의하면, TFPV 시장은 박막 태양전지가 가지는 장점을 바탕으로 성장할 것이며, 그 장점으로는 제조 비용이 저렴 하다는 점과 무게가 가볍고, 전지를 벽이나 지붕, 창 등과 함께 입체형으로 제작할 수 있다는 점 등을 들었다.

TFPV의 수요 확대에 대응하기 위해 많은 업체들은 생산 능력을 끌어 올리고 있으며, 미국의 First Solar, Inc., Nanosolar, Inc., United Solar Ovonic, LLC, 영국의 G24 Innovations, Limited, 일본의 산요전기, 후지전기 등의 업체는 생산량이 100MW 이상의 공장을 건설한다는 계획을 내 놓은 바 있다.

현재 전세계적으로 에너지 가격이 크게 높아지고 있으며, 태양광 발전 시스템의 가격은 급속히 내려가고 있다. 이러한 상황 속에서 태양광 발전 시스템은 에너지 시장의 많은 부분을 점유해 나갈 가능성이 있다. TFPV의 제조 비용은 종래 의 태양광 발전 시스템보다 저렴하기 때문에 TFPV 시장은 태양광 발전 시스템 중에서도 제일 먼저 궤도에 오를 것으로 Nano Markets사는 예측하였다.

TFPV는 수년 전만 해도 태양광 발전 시스템 시장의 불과 5% 정도를 점유하는 데 그치 는 군소 기술이었으나, 2015년까지 35% 정도를 점유하는 데까지 성장할 전망이다. 특히, TFPV는 박막형이기 때문에 인쇄 장치나 롤투롤 장치를 사용하여 제조 가능하다는 특징을 가진다. 인쇄 장치를 사용하여 제조되는 TFPV의 시장 규 모는 2015년까지 약 30억 달러 이상이 될 것으로 전망하였다.

TFPV 시장이 활성화되면 종래의 태양광 발전 시스템보다 대폭적으로 가벼우면서도 구부리거나 평면이 아닌 면의 형상 에도 맞추어 제작할 수가 있을 것으로 보인다. 이 때문에 TFPV는 지붕이나 벽과 일체형으로 제작하는 것이 전보다 크 게 쉬워진다. 지붕의 많은 부분을 전지 일체형으로 제작해야 하는 경우에도 TFPV를 사용하면 지붕의 강도를 특히 더 강화하지 않아도 가능하다. 창문에 사용하는 경우에는 전지 패널과 창문의 용도를 겸용으로 하는 것도 가능하다.

Nano Markets사는 유기재료를 사용한 태양광 발전 시스템도 향후 매우 유망할 것으로 전망하였다. 이 태양광 발전 시 스템은 다른 태양광 발전 시스템보다 환경 측면에서 뛰어나다. 최근 들어 효율도 크게 향상되고 있어, 무기재료를 사용 한 경우와 거의 대등하거나 경우에 따라서는 이를 상회하는 결과도 발표되고 있다. Nano Markets사의 전망에 의하면 2015년까지 유기 재료를 사용한 태양광 발전 시스템의 출하량이 500MW에 달할 것으로 예측되었다.

한편 박막형 태양전지의 시장이 크게 확대될 것이라는 비슷한 전망은 일본의 야노경제연구소와 샤프도 내 놓은 바 있 다. 야노경제연구소는 2006년 10월 태양전지 시장에 관한 조사 결과를 발표하면서, 2007년 이후 박막형 태양전지의 생산 증가가 지속될 것이라는 점을 강조한 바 있다(GTB2006101204). 보고서에 의하면, 2005년만 해도 결정계 실리콘 을 이용한 태양전지가 90% 이상을 점유하고 있어, 박막계 태양전지의 점유율은 10% 미만이나, 2015년경에는 20% 이 상으로 증가할 것이다. 이번 Nano Markets의 점유 예측값보다는 다소 적은 수치이다. 한편, 최근 개최된 기자 간담회에서 샤프는 2013년 이후 박막형 태양전지가 주류로 등장할 것이라고 주장하였다(참조 URL1).

샤프의 이러한 주장의 이유로는, 결정계 실리콘 재료는 제조하는 것도 어려울 뿐만 아니라 입수 자체도 힘든 시 기가 오기 때문이라는 점을 들었다. 이러한 견해를 바탕으로 샤프는 연간 생산 능력이 1GW에 달하는 대규모의 박막 실 리콘 태양전지 신공장을 오사카에 건설한다는 것을 2007년 봄에 결정한 바 있다. 이러한 결정의 근거가 된 것은 변환 효율을 높일 수 있는 3중 박막 태양전지 기술을 개발하고, 아울러 3중 박막형 태양전지를 높은 생산성으로 양산하기 위 한 제조 장치를 실현하는 데 성공했기 때문이다. 샤프에 의하면, 2020년까지는 박막 실리콘 태양전지가 전체 시장을 주 도할 것이며, 그 이후에는 색소증감형 등의 새로운 태양전지 기술이 주류가 될 것으로 보고 있다.

샤프가 개발한 3중 박막 태양전지 기술이란, 기존의 2중 구조(비정질 실리콘과 미세결정 실리콘)를 두 층의 비정질 실 리콘과 한 층의 미세결정 실리콘 층으로 대체한 것이다(참조URL2). 이 구조를 채용함으로써 셀 변환 효율은 11%에서 13%로, 모듈 변환 효율은 8.6%에서 10%로 향상되었다. 이것은 비정질 실리콘을 2층화하여 전압이 크게 높아졌으며 미세결정 실리콘과의 3층화 작업을 통해 광의 열화 현상을 억제하여 효율을 크게 높인 것이다.  

출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』