태양광 산업 유망소재, 우리나라의 기술 수준 및 경쟁력은?

[산업일보]
기후변화협약 대응 및 청정생산시스템에 대한 국제적 이행요구에 따라 청정에너지 수요가 증가하고 있는 가운데, 우리나라의 태양광 산업에 대한 꾸준한 지원과 정부 주도의 시범사업 확대 시행이 필요하다는 주장이 제기됐다.

산업연구원의 ‘4차 산업혁명 시대의 태양광산업 유망소재와 향후과제’ 보고서에 따르면, 신재생에너지는 원자력발전 및 화력발전과 대조해 추가적인 연료공급이 불필요하며 건설공사 기간이 짧아 ‘첨두부하(어떤 기간 동안 나타난 부하량 중 최댓값)’ 대응에 적합하다.

그중에서도 특히 태양광 발전은 소음 및 진동, 배출가스가 없어 도심 내 설치가 가능한 분산전원으로 각광받고 있다. 더욱이 직류(DC)를 소비하는 에너지 다소비 기기와 결합해 전기요금을 줄일 수 있다는 장점을 지닌다.

또한 건물을 발전소로 활용할 수 있는 건물 일체형 태양광 발전(BIPV, Building Integrated Photovoltaic System)에 대한 관심이 높아지고 있으며, 데이터 수집을 위해 필수적인 센서의 전원, 비상용 보조전력 개념의 태양광 의류, 전기자동차의 선루프, 기기결합 등에 태양전지를 적용하는 다양한 결합형 제품이 출시될 것으로 예상된다.



지금까지의 태양전지 소재는 상대적으로 발전효율이 높고 가격경쟁력이 우수한 실리콘계 태양전지를 중심으로 산업이 활성화됐다. 그러나 실리콘계 태양전지는 다양한 색채 구현이 어렵고 수직형태로 부착할 경우 발전효율이 급격하게 감소하는 한계를 갖는다.

때문에 발전기능은 물론 건축 소재 기능을 수행할 수 있고, 실내 저조도 환경에서도 전기를 생산할 수 있으며, 섬유에 코팅할 수 있는 액체 형태의 소재가 필요하다. 이에 태양광 산업 유망소재로 유기 태양전지, 염료 감응형 태양전지, 페로브스카이트 태양전지 등의 소재가 각광받을 것으로 예상된다.

소재별 유망성에 대해 전문가 그룹(53인)에 대한 델파이 조사를 실시한 결과, 세 가지 유망소재 중 유기 태양전지 소재가 가장 유망한 것으로 전망됐다. 다만, 응답자 유형별로 소재별 유망성에 대한 평가 결과가 다르게 나타났다. 기업체는 유기 태양전지, 협회·대학은 페로브스카이트 태양전지 소재, 연구소는 페로브스카이트와 유기 태양전지 소재를 상대적으로 유망하게 평가했다.



이 결과는 기업은 시장성 및 상용화 기술 확보에 추점을 두고 유망성을 평가했지만, 연구기관은 발전효율 등 소재 자체의 특성에 초점을 두고 평가했기 때문으로 분석된다. 유기 태양전지는 OLED 소자와 비슷한 특성을 지녀 기술성숙도 평가 부문에서 다른 두 소재보다 한 단계 앞선 시제품 단계라는 평가를 받았다.

주요국과 우리나라의 차세대 태양전지 소재별 기술 수준을 조사한 결과, 우리나라는 페로브스카이트 소재는 기초·원천부문에 강점을 보이며 주요국과 비교해 기술우위를 점하는 것으로 평가됐으나, 기초소재에 납(Pb)이 포함돼 활용 부문인 융합기술 및 생산 부문의 경쟁력은 상대적으로 취약한 것으로 나타났다. 유기 소재는 유망성은 높지만 원천기술 부족과 낮은 수익성으로 기술확보가 더딘 것으로 분석됐으며, 염료 감응형 소재는 주요국 대비 경쟁력은 있지만 발전용 태양광 중심의 경쟁구조에서는 경제성이 떨어지는 것으로 나타났다.

산업연구소의 김민지 연구원은 “태양전지의 경쟁력 확보를 위해서는 소재의 원천기술 확보는 물론 대면적화와 관련한 소재 및 공정연구에 대해서도 꾸준히 지원할 필요가 있다”고 밝히며 “정부가 제공하는 시장기반형 인센티브로 시장 확대가 이뤄지고 있으나, 4차 산업혁명 시대에 출현하는 다양한 결합형 비즈니스 모델의 산업화를 위해서도 정부 주도의 시범사업을 확대해 시행할 필요가 있다”고 강조했다.

“태양관 보급사업에 도심형 태양광으로 건물 일체형 태양광에 대한 물량을 할당하거나, 스마트시티의 사업내용에 결합형 태양광 제품을 추가시켜 기업에 트랙레코드 축적 기회 제공할 수 있다”고 예를 든 김민지 연구원은 “‘신재생에너지 설치의무화제도’에 건물 일체형 태양광 우선 방안 및 신규 아파트 설계 공모 시, 건물 일체형 태양광 적용에 대한 가점 부여, 태양전지를 활용한 전원 센서를 ‘고효율에너지 기자재 품목’에 추가해 보급을 촉진하는 등 차별화된 사업 발굴을 통해 시장이 형성될 수 있도록 해야 한다”고 조언했다.