Special 그린뉴딜/탄소중립 실현을 위한 세라믹소재 기술개발 동향(2)

실리콘 웨이퍼에 따른 태양전지 기술 동향

박성은_한국에너지기술연구원 선임연구원

태양광 시장은 2018년 이후 급변화하는 형국이다. 중국은 대규모 투자를 바탕으로 지속적 생산규모를 늘리고 있고 과도한 경쟁이 유발하는 저 가격 공급기조는 우리나라 태양광 관련 산업에 지대한 영향을 미치고 있다. 과거 태양광 기술력으로 승부를 보던 시절에서 이제는 가격 경쟁력이라는 키워드가 추가되어 생산가격과 고효율이라는 두 마리 토끼를 잡아야 비로소 글로벌 시장 경쟁력에서 승산이 있다. 이러한 태양광 시장의 흐름과 함께 최근 실리콘 기술이 현 생산 기술에서 포화되어감에 따라 새로운 화두가 대두되었다. 셀 생산기술로 급변화하는 효율경쟁을 넘어서기 힘들었던 시장이 점차 고출력 모듈로의 기술경쟁화 되고 이는 자연스럽게 웨이퍼의 크기와 웨이퍼 타입의 변화를 불러오고 있다. 현재 p-type에 M2(한변의 길이가156.75mm) 이던 웨이퍼 기술이 점차 n-type M10(한변의 길이가 182mm) 이상으로 타입과 크기가 변화하고 있다. 웨이퍼의 다양성이 증가하면서 국내 산업에도 이에 대응하기 위한 움직임이 포착되고 일부 회사는 이미 투자를 통하여 경쟁력을 확보하고 또 이러한 흐름의 변화가 태양광 산업의 주도권을 확보하기 위한 적기라고 판단하고 있다. 정부도 에너지 3020의 실현에 발맞추어 국내 태양광 산업의 재도약을 위한 다양한 정책을 발표하고 있고 이에 따라 웨이퍼 산업의 동향 파악과 그에 따른 올바른 판단이 중요한 시점이 되었다.
  따라서 본고에서는 이와 관련된 태양광 시장동향과 웨이퍼 크기에 따른 기술동향, 태양전지 구조 특히 p-type과 n-type의 차이와 그에 따른 태양전지의 기술을 살펴보고자 한다.

1. 태양광 및 웨이퍼에 따른 산업동향

2020년 IEA PVPS 보고서에 따르면 태양광 신규 설치량은 총 139.4GW로 누적 설치용량은 총 644GW가 되었다, 이처럼 가파른 성장의 경우 전 세계 27개국에서 85%를 담당할 만큼 편중되고 있으며 2020년 말에는 총 누적 설치량이 744.6GW로 예상된다고 밝혔다. 2020년에는 1GW가 넘는 설치량을 보이는 국가가 적어도 20개국으로 늘어날 전망이며 이중 14개 국가의 경우 10GW 이상의 누적 설치용량을 보인다고 밝혔다.[1] 특히 중국의 경우 2020년에만 약 45GW이상을 설치 할 만큼 재생에너지, 특히 태양광 발전에 대한 공격적인 투자가 이루어지고 있다. 우리나라도 예외는 아니어서 경기부양 및 그린에너지로의 전환을 위해 전 세계에서 가장 큰 규모의 투자를 진행하고 있고 이에 따라 재생에너지의 핵심인 태양광 관련 사업의 경우 큰 혜택을 볼 것으로 기대하고 있다. 2020년 국내 태양광 설치량은 4GW에 육박했을 것으로 예상되며 2019년까지 데이터를 보면 정부의 신재생에너지 3020정책으로 2017년 이후 태양광 설치량이 큰 폭으로 증가한 것을 알 수 있다.[2] 이에 정부는 제5차 신재생에너지 기본계획을 발표하며 2034년 신재생에너지 보급목표를 상향조정하여 누적 살치량을 8GW에서 25.8%로 비중 확대하는 것을 목표로 공표한 바 있다. 2020년 상반기 국산 태양광 모듈 점유율이 전년대비 하락하였으나 국내 태양광 설치분야에서 우리나라 태양광 업계는 여전히 국내 시장을 주도하고 있고 안정적 내수시장 등을 바탕으로 견조한 성장세를 유지중이고 특히 국내 시장에서 국산 모듈 판매량은 전년 상반기 대비 40% 증가하였다. 중국 기업들이 글로벌 태양광 모듈 생산의 80%를 차지한 상황에서 70% 내외의 자국산 모듈 점유율을 유지중인 국가는 우리나라가 거의 유일하고 그만큼 정부의 관심과 지원이 보급확대 뿐만 아니라 국내 태양광 산업계의 경쟁력 강화에 초점이 맞추어져 있다는 것을 알 수 있다.

그림  세계 태양광 설치량 (큰 그래프) 및 우리나라 태양광 보급용량(좌, 작은 그래프)[1]

  2021년 solarzoom의 보고에 따르면 업체별 태양전지 생산용량은 그림 2와 같다.[3] Tonwei와 Aiko, Longi solar를 필두로 태양전지 생산이 이루어지고 있으며 그림에서 보듯이 대부분 회사가 중국에 속해 있다. 지난 몇 년간 중국의 공격적인 투자로 인해 글로벌 태양전지 제조회사의 재편이 이루어 졌으며 한 회사가 무려 50GW에 이르는 생산 용량을 가진 것을 비롯하여 몇 개의 회사가 전 세계 생산용량을 독식하고 있다고 해도 과언이 아닌 상황에 이르렀다. 우리나라 회사인 한화 솔루션을 제외하고 셀 생산용량이 10기가 또는 그 이상이 되는 회사는 전 세계적으로 모두 중국 회사이다. 이러한 흐름은 당분간 지속될 것으로 보이며 중국의 경우 본문에서 지속적으로 설명할 웨이퍼 사이즈, 타입에 따른 연구개발도 공격적으로 진행하고 있고 그러한 생산 기술 또한 중국이 선두에 있다.

그림 6. 웨이퍼 사이즈 이미지 및 출력 증가 특성

-----이하 생략

  _?xml_:namespace prefix = "o" ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

<</SPAN>본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2021년 6월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>