고효율 태양전지 개발 및 나노기반 박막 태양전지 실용화 논의

이 같은 추세를 반영해 국회 산업통상자원위원회 이원욱 의원은 지난 5월 21일 국회의원회관 회의실에서 국회신재생에너지정책연구포럼 및 한국유기태양전지학회와 함께 ‘나노기반 차세대 태양전지 국내외 현황 및 전망 포럼’을 개최했다.

이날 행사는 나노기반 차세대 박막 태양전지의 국내외 현황을 알아보고, 구체적 전망을 논의해보는 자리로, 국내 학계, 산업계, 정부 측과 국회가 함께 대안 마련에 힘을 모으는 계기로 삼고자 마련됐다. 건국대 이재준 교수의 사회로 진행된 이날 포럼에서 한국유기태양전지학회 김환규 학회장은 개회사에서 “태양광산업은 신재생에너지산업의 화두로서 화석연료의 대체로 범지구적인 과제”라며, “나노기반 차세대 태양전지는 국내 고유의 원천기술 확보가 가능한 기술”이라고 소개했다.

이번 행사를 주최한 이원욱 의원은 “지속가능한 발전의 정답은 신재생에너지원에 있다고 생각한다”며, “정부가 신재생에너지발전 정책을 확대하지 못한 상태에서 시장에 내맡기는 것”을 비판했다. 이어 “태양광산업에서 태양전지는 심장과 같다”며, “건강한 심장의 기능을 위해 우리는 무엇을 할 것인지 정부가 먼저 고민해야 한다”고 강조했다. 또한 이원욱 의원은 “이후에도 지속적으로 고효율, 저비용의 태양전지 개발을 위한 정책방향에 관심을 가질 것을 약속하며, 이 외에도 신재생에너지를 이용한 발전을 지속적으로 고민하고, 정책 확대를 위해 노력하겠다”고 밝혔다.

한국과학총연합회 이부섭 회장 또한 축사를 통해 “오늘 연구계와 산업계, 정부와 국회가 힘을 합쳐 조금만 더 노력해 한국의 태양전지 기술이 세계를 제패할 수 있도록 했으면 한다”는 당부의 말을 전했다. 이날 2개의 세션으로 나뉘어 진행된 포럼의 첫 번째 세션에서 동진쎄미켐의 신규순 연구소장은 ‘염료감응 태양전지 연구 및 시장동향’을, 코오롱 한정석 부장은 ‘유기태양전지 연구 및 시장동향’을, 그리고 한국화학연구원 석상일 박사는 ‘유무기하이브리드 페로브스카이트 태양전지 연구동향’에 대해 열띤 강연을 펼쳤다.

오후 세션 또한 다양한 강연이 마련됨에 따라 태양광산업의 최신 기술을 파악할 수 있는 기회가 됐는데, 오후 강연에는 경희대 임상혁 교수의 ‘양자점 및 나노기반 차세대 박막 태양전지의 잠재성’과 현대자동차 김상학 박사의 ‘차세대 태양전지 산업의 신시장 창출전략 및 사례’가 발표돼 많은 관심을 받았다. 이어 산업통상자원부 노건기 신재생에너지과장은 ‘태양광관련 R&D 현황 및 앞으로의 방향’을, 그리고 미래창조과학부 백일섭 원천기술과장은 ‘태양전지분야 R&D 정책방향’에 대한 발표를 통해 정부의 태양광 R&D 정책방향을 제시했다.

박막 태양전지의 효율향상과 제조단가 절감방안 ‘진일보’

먼저 세션 1에서는 동진쎄미켐의 신규순 연구소장이 ‘염료감응 태양전지 연구동향’이라는 주제로 발표했는데, 신 소장은 “BIPV에 가장 적합한 태양전지가 바로 DSSC인데, 창호 일체화로 단열 및 발전을 동시에 할 수 있는 융합형 기술인 염료감응 태양전지 기술개발을 10여년 이상 영위하고 있는 기업은 전 세계에서 동진쎄미켐이 유일하다”면서, “현재 염료감응기술은 파일럿 수준의 기술 확보를 거쳐 실증 및 시범사업 단계에 와 있는데, 사업화를 위해서는 국제 공동연구가 필요할 것으로 본다”고 제안했다.

이어 코오롱 중앙기술원의 한정석 수석연구원이 ‘유기태양전지 개발현황 및 시장동향’을 발표했는데, 한 수석은 “현재 코오롱은 유기태양전지 핵심 소재(광활성층) 양산 공급 가능한 기업들을 중심으로 다양한 모듈 사업을 추진 중인 파트너를 통해 유기태양전지 상업화를 추진하고 있다”면서, “지속적으로 소재 효율, 수명 및 공정성 향상을 중심으로 연구개발을 진행하고 있는데, 아직까지 높은 제조단가 즉, 높은 소재단가가 상용화의 가장 큰 걸림돌”이라고 설명했다.

한국화학연구원 광에너지융합소재연구센터의 석상일 박사는 ‘유무기 하이브리드 페로브스카이트 태양전지 연구동향’을 주제로 발표했다. 석 박사는 “염료감응과 유기박막 태양전지 기술을 융합한 페로브스카이트 태양전지 기술은 한국이 주도하고 있는데, 현재 8%대의 효율향상까지 달성했다”면서, “순수 한국기술인 페로브스카이트 기술은 핵심 소재의 저가격 제조와 대면적 연속 인쇄공정이 가능하고, 탠덤화 기술로 열적, 광학적, 화학적 안정성 향상기술로 내구성을 확보했다”고 발표했다. 그는 이어 “현실적으로 22% 효율달성이 가능하고 나아가 24% 효율까지 가능할 것으로 전망하고 있으며, 한국 연구진이 세계 최고의 기술을 확보하고 있는 페로브스카이트 기술에 대한 전방위적인 관심과 연구예산 지원이 절실하다”고 강조했다.

차세대 태양전지의 고효율화 연구에 대한 지속적인 연구비 지원 ‘절실’

한편, 세션 2에서는 경희대학교 화학공학과 임상혁 교수가 ‘양자점 및 나노기반 차세대 박막 태양전지의 잠재성’이라는 주제로 발표했는데, 임 교수는 “양자 구속화 현상이 특성을 가지는 물질을 양자점이라고 하는데, 특히 양자점의 경우, 여기된 전자가 열에너지로 손실되는 것을 방지할 수 있어, 1개의 광자에서 2개 이상의 e-h쌍이 생성 가능해 이론 효율이 45%에 육박해 미국, 캐나다 등에서는 활발한 연구가 진행되고 있는데, 국내 연구는 아직 미비하다”고 소개하면서, “양자점의 장점은 크기, 모양, 구조에 따른 밴드갭 제어가 용이하고, 다중여기자 생성으로 초고효율이 가능하며, 특히 비진공 저온 용액 공정이 가능해 저가공정이 용이한 것이 가장 큰 강점”이라고 소개했다.

현재 감응형 타입 양자점 태양전지 기술을 연구하고 있는 임 교수는 “빠른 시간 내에 생성된 다중여기자를 ‘Change Carrier’로 활용하는 기술개발이 관건”이라면서, “차세대 태양전지의 고효율화 연구에 대한 지속적인 연구비 지원이 병행돼야 한다”고 제안했다.

이어 산업계를 대표해 현대자동차 중앙연구소 김상학 책임연구원의 ‘차세대 태양전지 사업의 신시장 창출전략 및 사례’ 발표가 이어졌다. 자동차용 솔라 루프시스템을 주제로 발표한 김 책임은 “연비, CO2 규제 강화에 따라 친환경 자동차 시장이 확대되고 있으며, 선루프/파노라마루프 장착증가 추세로 솔라루프 시장증가가 예측된다”고 전망했다. 현재 도요타(프리우스)가 실리콘 태양전지를 탑재해 2009년 양산했으며, 폭스바겐(E-UP)은 CIGS 박막 태양전지를 탑재해 주동력 배터리 충전과 주·정차중 내부 환기시스템 작동이 가능한 양산차를 계획하고 있다고 소개했다.

이어 산업통상자원부 노건기 과장은 ‘태양광 관련 R&D 동향’에 대해 소개했는데, 노 과장은 “태양광발전은 전국적으로 1만개 이상의 사이트가 운영되고 있을 정도로 활성화되고 있다”면서, “특히 내년부터는 태양광과 비태양광 칸막이가 없어지면서 태양광 기업들의 기회와 시장확대가 기대된다”고 말했다. 이어 미래창조과학부 백일섭 과장은 ‘태양전지 R&D 및 정책방향’을 주제로 발표했는데, 백 과장은 “현행 115개의 기후변화대응 기술 중 전략적 기후변화 대응을 위한 중점 녹색기술 27개가 선정됐고, 시장전망 및 기술경쟁력 분석 결과, 국내 산업에 미치는 영향 및 기술력 등을 고려해 정부가 집중 육성해야 할 6대 핵심기술개발 분야를 확정했는데, 태양전지가 맨 앞자리를 차지하고 있다”고 소개했다.

세계 으뜸 나노기반 차세대 태양전지 기술개발에 대한 자부심으로 ‘전진’

마지막으로 보다 실질적인 논의의 장인 패널토론은 KIST 김경곤 박사가 좌장을 맡아 진행됐는데, 화학연구원 석상일 박사는 “페로브스카이트 태양전지 기술개발에 대한 예산지원이 필요하다”고 요청했으며, 경희대 임상혁 교수는 “박막 태양전지 기술개발은 한국이 선도하고 있는데, 오히려 세계 최고의 기술을 의심하는 세태가 안타깝다” 고 애로점을 토로했다.

동진쎄미켐 신규순 소장은 “학계에서 원천기술이 개발돼도 기업이 파일럿 기술을 만드는 것도 쉽지 않는데, 시장을 여는 것은 정말 어렵다. 정부의 지원이 절실하다”고 호소했고, 현대자동차 김상학 박사는 “새로운 기술개발의 꿈은 꾸고 있지만 현실화하는 것은 아직 요원해 보인다. 실용 가능한 태양광 기술을 개발해주면 자동차에 적용할 수 있도록 최선을 다하겠다”고 약속했다. 코오롱 한정석 부장은 “연구계에서 개발하고 산업계에서 상업화하는 것에 대한 애로가 있다. 연구를 현실화 시킬 수 있는 코디네이터 등 파일럿 개발에 대한 전폭적인 지원이 필요하다”고 어필했다.

이에 대해 산업부 노건기 과장은 “정부의 R&D 지원은 잠재적인 성장기반을 지원하는 것으로, 정부예산의 편성과 집행의 규칙이 있다”면서, “업계나 학계에서 요청하는 것에 다 맞춰줄 수는 없지만, 몇 가지 키워드를 충족해주는 R&D는 지원할 수 있다”고 약속했다. 미래부 백일섭 과장 또한 “대학이나 출연연이 아닌 다양한 소재 개발에 대한 기업의 리스트나 중간단계의 매니징이 필요하다는 의견에 공감한다”면서, “목적지향형 융합연구에 대한 지원이 실제 이뤄지고 있으며, 대표적으로 동진쎄미켐과 상호 관심분야를 공유하고 있으며, 미래부와 산업부가 협업해서 연구와 사업화 지원을 하는 방안을 마련할 수 있을 것 같다”고 제안했다.

이날 행사를 주최한 이원욱 의원은 연구결과와 상용화 사이의 실증과제와 검증과제의 효율적인 운영에 대해 지적했으며, 세계 으뜸 기술개발에 대한 자부심과 나노기반 차세대 태양전지 기술개발에 있어서의 애로점을 타개하고 학국유기태양전지학회가 구심점이 되어 차세대 태양전지 기술개발 지원예산에 대한 장기적인 안전성이 담보되는 과정을 만들어갔으면 한다는 의견으로 포럼을 마무리했다.