Si 절감

스 페인의 태양전지 보조금 제도가 크게 수정될 전망이다. 보조금액의 대폭 삭감과 상한의 설정 등으로 인하여 2009년 이후의 스페인 태양전지 년간 도입량은 대폭 줄어들 가능성이 있다. 앞으로 스페인 이외의 나라에서도 보조금 제도의 감액이 진행될 것이다. 사용자가 부담해야 할 감액에 의한 마이너스 분을 커버하기 위해서는 태양전지 시스템의 저비용화를 실현하지 않으면 안된다. 보조금제의 수정 직전인 2008년 9월1일~5일에 스페인 발렌시아에서 개최된 태양전지 관련기술에 관한 국제 학회와 전시회 '제23회 EU PVSEC'에서 저비용화 기술의 최신동향을 살펴본다.

 

(이글은 마이크로 디바이스 10월호에 실린 특집 기사를 전문 번역한 것입니다. )

 

' 설마 여기까지 내려갈 줄이야.. 예상하지 못했다.'(복수의 태양전지 메이커). 태양전지의 폭발적인 보급의 진전을 가능하게 한 한가지가 전력매취제도 '피드 인 타리프'이다. 보조금액이 서서히 낮아지는 구조이기 때문에 태양전지 메이커는 감액을 예측하고 저코스트화 기술의 개발을 추진하고 있다. 더욱이 2008년 9월 29일에 전면 수정이 예정되어 있는 스페인 정부의 초안이 태양전지 관계자에게 충격을 주고있다. 보조 가격이 최대 35% 감액이 되는 이외에도 상한이 겨우 300MW까지로 하는 내용이기 때문이다. 이에 따라 스페인의 2009년 태양전지 도입량은 일거에 1/5로 줄어들 가능성이 있다. '스페인은 독일을 넘어서는 높은 신장률로 급성장해 왔지만 보조금의 재검토로 앞으로 어떻게 될지 판단이 어렵게 되었다.'(샤프), '이것을 기회로 태양전지 메이커의 선별이 시작된다'(박막Si형 태양전지 메이커).

 

스페인의 피드인타리프 제도 수정과 때를 맞추어 원유가격이 급락했다든지 유럽의 경기감속이 확실해 지는 등 태양전지 시장에 대한 역풍이 강하게 되고 있다. '미지근한 물이 갑자기 열탕이 될 가능성이 있다. 신경을 곤두세우고 있지 않으면 안된다.'(교세라). 현재의 태양전지 시장은 보조금 등의 우대제도가 창출한 것이다. 언제까지나 장미빛 호시절이 계속될리가 없다. 이번 제도 수정을 기회로 태양전지 메이커는 태양전지의 신시대를 위하여 전략과 기술의 재검토를 가속화할 필요가 있다.

 

의견이 나뉘어지는 태양전지 메이커

스 페인 정부는 보조금 수정의 초안과 더불어 향후 태양전지 도입량의 전망을 제시하고 있다. 이에 따르면 2008년에 1GW를 넘는 도입량을 기록한 후 2009년에는 한번에 300MW로 감소한다. 그 후에도 년간 도입량은 약간 증가하는 것에 머물러 2020년 경에야 600MW를 넘는다.

 

년간 도입량이 1GW를 넘는 수준에서 300MW로 줄어들면 수백MW의 태양전지 모쥴이 스페인 국내에서 갈 곳을 잃는다. 이 영향에 관하여 태양전지 메이커의 의견은 나뉘어 진다. '유럽의 수요가 왕성하기 때문에 잉여분은 독일 등으로 흡수될 것이다'라고 하는 낙관적인 의견이 우세하지만 '잉여분에 의한 수요 밸런스가 변하고 가격 하락이 진행될 것이다.'라고 제도변경의 영향을 우려하는 목소리도 적지 않다. 특히 우려되는 것이 '저가지만 저품질의 모쥴이 스페인에 대량으로 수입되고 있다. 이것이 태양전지 선진국인 독일 등으로 흡수되겠는가?'라는 점이다. 받아들여지지 않는다면 가격을 더욱 낮추어 투매라도 하게된다면 시장전체의 가격을 크게 끌어내릴 가능성이 있다...는 것이다.

 

건전하며 지속적인 발전을..

태 양전지 메이커가 전전긍긍하고 있는 보조금의 대폭 수정을 내세운 스페인 정부의 목표는 '스페인의 태양전지 시장의 건전하며 지속적인 성장을 촉구하는 것'(주일 스페인 대사관 경제상무부)이라고 한다. 현재는 고액의 보조금액을 목적으로 투기적인 자금이 흘러들어와 일부 투자가가 높은 이익을 올리고 있다. 더욱이 고액의 보조금액으로는 태양전지 업계의 기술개발 의욕을 깍아내리는 것이기도 하다. 이러한 것을 개선하려고 한다는 의도가 있다는 것이다.

 

초안에서 보이는 변경점은 크게 세가지이다. 1)보조금액을 지금까지의 최대 0.455유로/kW시에서 최대 0.33유로/kW시로 감액한다. 2)2009년의 보조금 부여 상한을 300MW로 설정한다. 3)설치용량에 의한 분류에서 설치형태별로 분류한다. 3)에서는 '지붕 위 또는 일체형'과 '지상설치형'으로 분류하고 있다. 그러면서 지상설치형의 보조금액과 상한규모를 낮게 억제하고 있다. 투기목적에서는 지상설치형의 이용이 많기 때문에 이것의 억제를 노린 조치인 것이다.

 

스 페인 정부는 보조금제의 대폭 수정 후, 일시적인 년간 도입량이 크게 줄어들지만 누적 도입량은 2020년에 6G~8GW가 된다고 자신을 보인다. 변경 후의 보조금액이 독일과 같은 정도가 되는데다가 지방자치체의 인센티브와 일정 이상의 면적의 건물에 태양전지 설치를 의무화하는 정책 등이 도입을 촉진하도록 한다.  다만 스페인의 태양전지 메이커는 초안에 반발하고 있다. 특히 3가지 변경 내용 중에서 2)의 상한규모에 크게 반대하고 있다. 스페인 정부에 대하여 초안의 대폭 변경을 요구하고 있다. 스페인 메이커는 변경을 요구하면서도 초안에서 큰 변경은 원하지 않는다고 하여 해외 거점 설치와 원료 제조에의 진출이라는 대책을 이미 세우고 있다.

 

결정Si형의 저코스트화 기술이 각광.. 원료에서 모쥴까지 대담하게

 

향 후 스페인 이외의 국가에서도 보조금의 감액이 진행될 것으로 보여진다. 사용자가 부담해야 할 감액에 의한 마이너스 분을 채우기 위하여 태양전지 메이커는 보조금 감액 페이스를 상회하는 위세로 코스트 삭감을 추진해 갈 필요가 있다. 앞으로는 우대정책에 의존하지 않고 자립적인 성장을 수행해야 하며 이를 위하여 더욱 코스트 삭감이 절실한 것이다.

 

이 러한 상황을 선취하려고 하듯이 2008년 9월1일~5일 스페인 발렌시아에서 열린 제23회 EUPVSEC에서는 저코스트화 방법의 발표와 전시가 이어졌다. 특히 최근 수년간 Si원료의 부족으로 크게 정체되어 있던 결정Si형 태양전지에 관하여 원료에서부터 웨이퍼, 셀, 모쥴 등 모든 공정에서 저 코스트화를 위한 제안이 주목을 끌었다.

 

솔라 그레이드 Si가 실용화

원 료의 재검토에 관해서는 독일의 큐셀이 태양전지용 Si원료(솔라 그레이드 Si)로 제조한 셀을 처음 공개했다. 2009~2010년의 실용화를 할 때에는 반도체용 Si 원료로 제조한 기존의 셀과 동등 변환효율인 16%를 목표로 하고 있다. 태양전지 Si원료는 기존의 Si원료와 비교하여 순도는 낮지만 Si원료의 제조에 필요한 설비투자가 적게 해결된다. 이 때문에 대폭 증산과 저코스트화가 용이하며 Si원료 부족 해소의 결정타로서 기대가 모아지고 있다.  전시회장에서 큐셀은, 이것으로 태양전지 모쥴 메이커가 더욱 빠르게 성장할 수 있다는 의미를 담아서 'GROW FASTER'라는 로고를 셀과 함께 내걸고 있었다. 전시한 셀은 노르웨이 Elkem Solar AS가 야금법으로 제조한 태양전지용 Si원료를, 통상의 Si원료와 섞어서 잉곳을 제조하고 이것을 큐셀이 셀로 만든 것이다. 태양전지용 Si원료의 제조에는 파일럿 플랜트를 이용했지만 그 이외는 기존의 제조 라인을 사용하고 있어서 양산 레벨의 기술이라고 할 수 있다.

 

웨이퍼 제조비용을 50% 삭감

제조 코스트를 50% 삭감할 수 있는 웨이퍼의 신제조 방법을 제안한 것은 일본의 샤프이 다. 벨트 컨베이어 등을 사용한 자동화 라인을 이미 구축하고 있어 '양산레벨의 기술'이라고 한다. 샤프가 개발한 것은 용해된 Si에 기판을 접촉시켜서 표면에 부착한 Si를 벗겨내어 웨이퍼로 하는 방법이다. 부착한 Si를 벗겨내서 얻은 시트상태의 Si의 주위를 레이저로 제거하여 원하는 크기로 정리한다. 부착한 Si를 벗겨내는 방법은 비공개로 했다. 규격 이외의 짜투리 Si는 다시 용융액 속에서 용해하여 재이용함. 용 융 Si에서 웨이퍼를 끌어 내는 기존의 리본식과 비교하여 외형 사양이 156mm*156mm로 크며, 스루훗(시간당 생산율)도 1825cm2/분으로 높다. 웨이퍼 1장당 8초로 제조할 수 있는 것이다. 셀 두께는 300um으로 두껍지만 기존의 캐스터법으로 제조한 두께 200um정도의 셀과 비교하여 제조 코스트는 50%라고 한다. 셀 변환효율은 14.8%이며 42장의 셀로 구성한 모쥴로 144W의 최대출력을 얻고 있다.

 

셀을 얇게해서도 변환효율을 유지

셀을 얇게해서 원료의 사용량을 줄이는 기술의 발표가 일본 메이커로부터 이어졌다. 두께 100um으로 얇은 다결정 Si형 태양전지셀로 변환효율 17.4%를 실현한 것은 미츠비시전기이 다. 산업기술총합연구소에서 측정한 수치이며 15cm각의 다결정 Si태양전지셀로서 세계 최고 효율이라고 한다. 셀 표면의 반사방치막과 셀 배면에 스크린인쇄로 도포한 페이스트 재료의 개발의 성과라고 한다. 셀 표면에는 MgF2의 입자를 포함한 용액을 사용하여 MgF2입자막을 형성한다. 셀 배면의 페이스트 재료는 100um로 얇은 셀의 탄력성을 방지하는 노하우를 재료 자체에 반영시킨 것이다. 

 

산요전기는 독자의 HIT 태양전지로 셀 두께를 85um으로 얇게 해서도 변환효율이 자사 측정으로 21.4%가 되었다는 것을 밝혔다. HIT 태양전지셀의 두께를 얇게 하면 단축전류(Isc)가 크게 저하하지만 단결정 Si와 박막 Si의 접합계면을 개선하여 개발전압(Voc)을 과거 최고인 739mV까지 높여서 변환효율의 저하를 아주 조금만으로 막고 있다.

 

Back Contact 로 공정간소화

모 쥴 공정의 제조 코스트 삭감을 위해서 표면의 전극을 줄인 '백 콘택트 셀'의 전시도 이어졌다. 어느쪽도 프린트 기판과 같은 전극을 형성한 시트 위에 셀을 배치하는 것을 상정하고 있다. 시트의 전극과 셀 배면의 전극을 겹치도록 셀을 배치하면 모쥴 고정이 종료된다. 종래처럼 셀을 일단 늘어 놓고 다시 셀끼리 배선하는 공정을 생략할 수 있다. 모쥴 고정이 간소화되기 때문에 셀을 취급할 때 셀이 깨지는 것이 줄어들고 셀의 박형에도 유효하다고 할 수 있다.

백 콘택트 셀의 전극구조와 외관은 각 메이커의 독자성이 잘 드러나 있다. 예를 들어 네덜란드의 솔랜드 솔라의 경우는 관통전극을 통하여 전극을 배면에 끌어내는 방식을 채용한다. 각 셀에 16의 관통전극을 형성한다. 이에 비하여 미국의 어드밴트 솔라는 무수한 스루 홀의 측면을 사용하여 캐리아를 배면에 끌어온다.

 

학회에서는 샤프와 교세라가 백콘택트셀의 개발상황을 밝혔다. 샤프는 두께 120um의 단결정 Si형 셀에서 변환효율 20%를 실현했다. 더욱이 솔랜드솔라 등과 마찬가지로 프린트 기판과 같은 시트로 셀을 배치하여 모쥴을 형성하고 종래의 배선에서 셀 끼를 연결한 경우와 비교하여 배선저항이 줄었다는 결과도 제시했다. 교세라는 두께 100um의 다결정Si셀로 17.1%의 셀변환효율을 실현했다.    

 

* 두께와 변환효율의 두마리 토끼를 잡아라..

미츠비시전기 (다결정Si형 / 셀두께 100um / 셀변환효율 17.4% / 180um정도에서는 18.6%의 변환효율)

교세라(다결정Si형 / 셀두께 100um / 셀변환효율 17.1% / 기존셀 두께에서는 18.3%)

샤프(단결정Si형 / 셀두께 120um / 셀변환효율 약 20% / 120um~200um에서는 변화없음)

산요전기(HIT형 - 단결정Si + 박막Si / 셀두께 85um / 셀변환효율 21.4% / 200um정도에서는 22.3%)