태양전지용 Si 잉곳 & 웨이퍼 제조장비 시장, 희망을 가져라!

2008년은 태양광 산업의 르네상스라 할 만큼 산업적으로 큰 도약이 있었으며, 이로 인해 산업의 전 밸류체인에 걸쳐 큰 설비투자가 진행된 것이 사실이다. 현재, 경기불황의 타개책으로 세계 각국이 그린에너지 산업에 큰 역점을 주기 시작하면서 한동안 소극적이었던 미국, 일본을 중심으로 태양광 산업의 수요가 다시 상승할 것이며, 이로 인해 경기 위축 기간이 생각보다는 길지 않을 것이라는 기대감에 희망을 가져 본다.

문 상 진 한국화학연구원 에너지소재연구센터장

고유가와 친환경성에 기인해 세계 태양전지 시장은 21세기 들어 매년 최소 30% 이상의 급신장세를 보여주며 2008년 설치량 5.5GW에 300억불 정도의 큰 산업으로 성장했다. 그러나 자율적 성장의 분기점인 그리드 패리티에 도달하기 위해서는 현재 3~3.5USD/ Wp 수준인 태양전지 모듈가격이 1/3 수준까지 더 떨어져야 할 것으로 생각되고 있다. 이를 위해서는 Si 원소재부터 모듈에 이르기까지 모든 밸류체인별로 기술성과 경제성을 훨씬 더 극대화시킬 필요가 있어 보인다. 본 글의 주 관심사인 실리콘 잉곳·웨이퍼 제조장비 측면에서도 유사한 노력이 필요하다.

그림 1은 지난 연말 세계적 경기침체가 이어지기 전에 예측한 세계 실리콘 태양전지 웨이퍼 시장의 생산량 예측치이다. 연평균 66%의 높은 성장률에 매출액 기준으로도 2008년 100억불에서 2012년 200억불의 큰 시장을 예측하고 있다. 그러나 올 2009년의 시장은 세계적인 경기불황의 여파로 2008년의 실적치를 밑돌 것으로 다시 예상됨에 따라 상기와 같은 급성장세는 그림 2처럼 다소 둔화될 것으로 생각되고 있다. 즉, 앞으로 2~3년의 구조 조정기를 거쳐 원래 예측보다 3년 정도 늦은 2013년에 20GW 정도가 될 것으로 보고 있다. 따라서 잉곳·웨이퍼 제조장비 시장도 이 같은 경향에 따라 상당한 혼돈이 예상된다.

국내는 특히 발전차액 보조금의 한계용량 설정이 발표되면서 더욱 극심한 혼란에 빠져 있으며, 예년에 계획된 사업들이 속속 축소되거나 연기되고 있다. 이 같은 상황 하에서 장비 시장의 동향을 예측한다는 것이 무리가 있어 보이며, 여기서는 다만 다음 그림 2의 공급 시장 예측에 따라, 개략적인 규모만을 추산해 보고자 한다.

현재 시장에서 주로 사용되고 있는 6인치 웨이퍼의 경우, 두께 200um 전후가 사용되고 있는데, 이 정도의 두께에서 요구되는 실리콘 소요량은 8~10g/Wp 정도가 되고 있다. 즉, 발전용량 1MW 당 대략 10ton 정도의 실리콘이 소요되고 있으며, 단결정 잉곳을 위한 Czochr alski grower와 다결정 잉곳을 위한 Bridgman grower가 대략 50%씩을 분담하고 있는 형편이다.

또한 잉곳 제조 후 웨이퍼 제조에는 단결정이든 다결정이든 거의 모두가 Multi-wire sawing 장비를 활용하고 있으며, 이 Sawing 공정 역시 잉곳 제조공정에 버금가는 값비싼 공정이다. Sawing 공정이 필요치 않은 리본 웨이퍼는 현재 세계 시장의 2~3% 정도를 충당하고 있다. 따라서 매년 신규로 늘어나는 실리콘 공급량을 신규의 잉곳 제조장비가 처리하고(결정질 Si 전지는 전체 태양전지 시장의 85~80%, 단결정 잉곳은 결정질 Si전지 전체의 45%, 다결정 잉곳은 53%, 리본 웨이퍼 2% 비중 각각 가정), 2007년 기준 5년이 지나는 2012년부터 기존 장비의 25%씩을 추가로 대체해 나간다고 가정하면 대략 표 1과 같은 용량의 장비 시장이 예상된다.

물론 신규 설비투자가 장래의 산업에 대한 선행지표의 성격을 띠고 있다는 점에서 큰 주의를 요하나, 표 1에서 계산된 수치는 산업규모로부터 역으로 추산된 값으로서 매우 임의적이며 단순화한 값임을 거듭 밝혀 둔다. 이 같은 전제하에서 상기 단결정 Grower의 시장은 현재의 6인치 cell용 8인치 잉곳 Grower (연간 대당 생산량 2~2.5MW)를 기준으로 할 때 2009년 기준 700대 이상의 장비에 5억불 정도의 시장으로 추정된다. 한편 다결정 잉곳 Grower는 현재 Batch 당 400~450kg 규모인 5세대 잉곳이 주종인바 (연간 대당 생산량 5~6 MW), 2009년 기준 400대 이상의 장비에 4억불 정도의 시장으로 추정된다. 또한 웨이퍼링을 위한 Multi-wire sawing 장비도 600대 정도에, 역시 5억불 정도의 시장을 형성할 것으로 예상된다3).

작년 2008년은 태양광 산업의 르네상스라 할 만큼 산업적으로 큰 도약이 있었으며 이로 인해 산업의 전 밸류체인에 걸쳐 큰 설비투자가 진행된 것이 사실이다. 따라서 2009년의 신규 Si전지/모듈 수요 감소에 따른 공급설비 과잉은 대략 2배 정도씩이 될 것으로 예측되고 있으며4) 5), 이 같은 전반적인 산업의 위축은 1~2년 시차를 두고 장비 공급 시장에도 큰 영향을 줄 것으로 생각된다. 다만 현재 진행되고 경기불황의 타개책으로 세계 각국이 그린에너지 산업에 큰 역점을 주기 시작하면서 한동안 소극적이었던 미국, 일본을 중심으로 태양광 산업의 수요가 다시 상승할 것이며 이로 인해 경기 위축 기간이 생각보다는 길지 않을 것이라는 기대감에 희망을 가져 본다.

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