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오리온, 세계 최대크기의 염료감응 태양전지 개발
제품 양산화 ‘카운트 다운’

   
 
  ▲ 오리온 김세연 대표  
 
[솔라투데이 박관희 기자] 오리온은 2002년 12월 대우그룹 계열사인 오리온전기에서 분사하며 종합 디스플레이 명가로 두각을 나타냈고, 이런 기술과 경험을 바탕으로 미래 먹거리에 대한 새로운 도전에 나서게 된 것이 3세대 태양전지 기술로 각광받고 있는 염료감응 태양전지 분야이다. 2012년부터 본격적인 사업 준비과정을 거쳐 현재까지 연구개발에 매진하고 있다.

신뢰성 목표를 달성했다
염료감응 태양전지(Dye Sensitized Solar Cell : 이하 DSSC)는 식물의 광합성 원리를 이용한 소자로 제조공정이 간단하고 제조원가가 낮다. 여기에 저탄소배출이라는 친환경 특성을 갖추고 있어 차세대 태양전지로 기대되는 제품이다.

DSSC는 기존 실리콘 태양전지와는 달리 건축물이나 창호에 직접 응용이 가능한 ‘도시형 태양광발전 시스템’이기 때문에, 건물일체형 발전시스템(BIPV) 분야 응용에 기대되고 있다. 거듭된 연구로 탄생한 최신 기술을 접목해 세계 최대 사이즈의 DSSC 개발에 성공했고, 특히 지난해 상반기에는 상업화의 최대 난제였던 신뢰성 목표도 달성했다.

   
 
  ▲ 연구원들이 염료감응 태양전지를 들어보이고 있다.  
 
광전기화학 태양전지는 아직 신뢰성 평가에 대한 기준이 마련되지 않아, 실리콘 박막계 태양전지의 신뢰성 평가 기준인 IEC61646에 준하여 평가가 이뤄지고 있다. 이 중에서 고온시험, 고온고습시험, 온도변화 사이클링 시험요건을 충족하면 태양전지로서의 장기 신뢰성이 확보된다고 판단하고 있다. 무수한 시행착오와 설계변경 등 오랜 연구와 경험들이 자양분이 돼 오늘의 결과를 이루게 됐다고 생각한다.

기존 디스플레이산업 역량의 활용은
기존 DSSC의 최대 크기가 300x300mm이다. 현재 자체적으로 개발한 920x580mm 제품은 기존 제품 면적의 약 6배에 달하는 세계 최대 사이즈다. 특히 여러 개의 패널을 결합할 필요 없이 단일 패널로 모듈을 구성하기 때문에 원가와 효율이 대폭 개선됐다.

바로 이 점이 상용화 가능성을 높인 결정적 계기가 됐다. 사실 DSSC와 PDP의 제조 공정은 매우 유사한데, PDP 사업에서 축적된 기술과 제조 장비들을 십분 활용할 수 있다는 점도 경쟁 우위를 점하는 요인이 된다. 세계 각국의 기업들이 DSSC 개발에 뛰어들고 있지만, 유사한 소자의 양산 경험을 지닌 기업은 많지 않기 때문이다.

과거 PDP 분야에서 특화된 첨단 산업용 디스플레이를 세계 최초로 개발, 양산한 성공신화를 바탕으로 태양전지 분야에서도 다시 한 번 신기원을 이룰 준비가 되어있다.

   
 
  ▲ 염료감응 태양전지가 설치된 모습  
 
DSSC 산업체인의 선순환 구조가 필요하다
DSSC의 상용화가 진전되지 않았던 궁극적인 이유는, W당 가격으로 표현되는 발전효율과 시장에서 받아들여지는 가격간의 괴리 때문이다. 아직까지 DSSC 원재료 생산이 규모의 경제에 도달하지 못해 가격이 비싼데다 광전변환 효율도 낮고, 그 이면에는 신뢰성을 확보하지 못한 이유가 숨어 있다고 하겠다.

시장에서 상용화 가능성을 의심하지 않게 되면, 염료나 전해질과 같은 원재료 업체를 비롯한 관련 산업 체인이 빠른 속도로 진출할 것으로 생각된다. 그런 상황이 조성되면 기초 물질들이 자연스럽게 고효율화 되고, 가격은 자연스럽게 내려가며 이는 다시 원가 경쟁력 상승으로 이어져, 관련 산업 체인들이 선순환하는 과정을 볼 수 있게 된다.

이번 상용화 진전으로 그간 주춤하던 DSSC의 연구개발이 다시 활성화되고, 연관 산업 분야가 동반 성장할 수 있기를 기대한다.

정책적 지원이 되고 있는가
DSSC는 아직 시장의 메인스트림인 실리콘 태양전지와 직접적인 비교를 할 수 없는 효율과 가격적인 면에서도 한계를 갖고 있다.

분명한 것은 실리콘 태양전지의 단점을 보완하기 위해 DSSC가 개발되었고, 본격적인 상용화 보급체제를 갖추게 되면 본래 특성대로 투자비도 절감되고, 가격도 낮출 수 있다. 무엇보다 중요한 것은 당분간은 DSSC가 실리콘 태양전지를 대체하는 대체재가 아니라, 건축일체형 창호용 태양전지(BIPV) 등 자신의 고유 시장영역을 가진 실리콘 태양전지의 보완재라는 점이다.

태양광 산업에 대한 정부의 정책적 지원은 REC 제도뿐 아니라 그린에너지 전반에 걸쳐 확대될 것이 분명하고, 특히 제로에너지빌딩과 같은 DSSC에 적합한 지원 정책도 병행되고 있어 이런 정책적 이점들을 활용해 시장성을 넓혀갈 계획이다.

   
 
  ▲ 구미 오리온 사업장 전경  
 
이제 양산화만 남았다
DSSC 개발과 동시에 양산화에 필요한 준비작업도 상당부분 진행됐다. 국내외 연구소에서 오랜 기간 DSSC 관련 연구개발을 진행해 왔지만, 아직 본격적으로 상용화에 나서는 기업이 많지 않은 현실에 비하면 상황이 좋은 편이다.

이제 남아있는 과제는 양산화 준비 작업을 마무리할 수 있는 시험생산 단계의 운영자금 투입과 현재 보유한 생산시설을 개선해 나갈 투자비의 적기 투입이다. 관련 총 투자비는 약 2,000억원에서 3,000억원으로 추산되고 있다. 기존 시설을 최대한 활용한 탓에 신설라인의 십분의 일 규모의 투자비용이 소요된다.

구축된 인프라와 지금까지 도출한 성과를 바탕으로 2017년에는 셀의 효율 개선을 중점적으로 추진할 예정이고, 이를 위해 화학기술 기반의 재료 업체와 협력을 강화해 나갈 계획이다.
시장 진입 측면과 관련 국책연구개발 3차년도 과제가 완성되는 2018년을 본격적인 상용화 시기로 잡고, 모든 자원과 역량을 집중할 계획이다.

솔라투데이 박관희 기자(editor@infothe.com)

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