김 태 희 기자

현재 코오롱에서 추진하고 있는 유기태양전지 사업의 진행상황은 어떤가?  코오롱에서는 내부적으로 지난 2007년부터 유기태양전지에 꾸준한 관심을 가지고 연구개발을 추진 중이며  2009년부터 역량을 집중한 결과 올 초 국내 최고 효율인 7.02% 소자 제작 기술 개발에 성공했다. 또한 현재 보유하고 있는 필름 가공 및 관련 소재 기술과 높은 수준의 유기태양전지 모듈 제작 기술을 바탕으로 인쇄를 통한 롤-투-롤 연속 공정 플렉시블 유기태양전지 모듈 개발을 진행하고 있으며, 2015년 사업화 추진을 목표로 하고 있다. 현재는 고효율·고안정성을 가진 플렉시블 유기태양전지 모듈 제조 기술을 개발 중이며 롤-투-롤 연속 공정 기반의 유기태양전지 모듈 제조 장비에 관련된 인프라를 구축 중에 있다. 대외적으로는 3월 24일에 개최한 코오롱 주관 유기태양전지 심포지엄을 통해 정기적인 기술 교류와 네트워크의 중심 역할을 수행하기 위해 노력하고 있다. 또한 최근에는 ‘2011년 에너지기술개발사업-고안정성 폴리머 태양전지 모듈 제조 기술 개발’ 과제를 한국화학연구원(KRICT), 한국기계연구원(KIMM), 한국과학기술연구원(KIST) 등과 추진 중이다.

꾸준한 연구개발로 효율의 빠른 상승곡선 눈여겨봐야

유기태양전지는 아직까지 연구개발 중인 분야로, 상용화 여부가 쟁점이 되고 있다. 코오롱은 이에 대한 가능성을 어떻게 보고 있나? 유기태양전지는 기존의 태양전지에 비해 저가의 생산 단가를 통한 경제성, 플렉시블 모듈을 통한 다양한 응용성, 기존의 풍부한 소재 합성을 통한 재료 수급의 용이성 등 많은 장점을 가지고 있다. 반면 낮은 효율과 안정성(수명)의 문제로 상용화가 지연되고 있는 실정이다. 그러나 최근 급격한 효율 증가와 관련 공정 기술의 발전, 안정성에 있어 획기적인 연구 결과가 발표되면서 상용화의 가능성이 상당히 높아졌으며 시기도 앞당겨지고 있다. 여기서 꼭 짚고 넘어가야 하는 부분이 기존의 태양전지와의 경쟁력을 언급하며 유기태양전지의 상용화에 대해 부정적으로 보는 시선이다. 유기태양전지의 상용화 방향은 고효율이 필요한 대량 발전용이 아니며 DIPV(Device Integrated Photovoltaics, 장비일체형태양광발전시스템)로써 소형 휴대용 전자기기, 군용 전자 기기 발전, 일회용 배터리, BIPV(Building Integrated Photovoltaics, 건물일체형태양광발전시스템) 등의 분야로 생각해야 한다. 따라서 기존의 실리콘계 태양전지와 다른 다양한 응용이 가능한 저가의 플렉시블 태양전지 쪽으로 상용화를 추진하는 것이 올바른 방향이라고 생각한다. 물론 이에 앞서 일정 수준 이상(모듈 효율 10% 이상)의 플렉시블 유기태양전지 모듈 개발이 선행되어야 함은 필수다.

현재 결정질태양전지 외의 차세대 태양전지 상용화가 속속 이루어지고 있는 추세다. 그에 반해 유기태양전지는 연구단계에 그치고 있는데, 그 이유는 무엇이라고 생각하나?  앞서 말했다시피 가장 큰 문제는 낮은 효율과 안정성(수명)이라고 할 수 있다. 유기 활성층 소재의 특성상 낮은 효율과 수분 및 공기에 대한 저항성이 낮을 수밖에 없는 것은 당연하다. 또한 저가의 태양전지를 생산하기 위한 걸림돌 중의 하나가 활성층 소재 및 투명 기판 소재의 가격인데, 이는 현재 양산형 공정에 대한 연구가 부진한 영향이 크다고 할 수 있다. 그러나 현재 꾸준한 연구개발을 통해 효율 면에서 염료감응 태양전지와 거의 동일한 수준에 와있으며, 다른 차세대 태양전지에 비해 매우 빠른 속도로 증가하는 추세이다. 특히 안정성 면에 있어서는 염료감응 태양전지에 비해 유기태양전지가 높다고 볼 수 있으며, 이는 전자소자 분야의 배리어, 봉지 기술의 발전으로 더욱 개선할 수 있는 여지가 있다. 또한 활성층 및 투명기판의 양산화에 따른 저가화 연구가 꾸준히 진행되고 있기 때문에 다른 차세대 태양전지에 비해 가장 저가의 생산이 가능하다. 특히 다른 차세대 태양전지가 어려움을 겪고 있는 인쇄를 통한 롤-투-롤 연속공정이 가장 용이하기 때문에 양산화에 있어서는 충분히 경쟁력이 있다고 본다.

해외시장의 움직임에 민감하게 반응해야할 때

코오롱 외에 유기태양전지 분야를 다루고 있는 국내 기업이 있나?  최근까지 코오롱 외에 국내에서 유기태양전지 개발에 적극적인 기업은 없는 것으로 알고 있다. 대부분의 연구가 국책 연구소(한국화학연구원, 한국과학기술연구원, 한국기계연구원, 광주과학기술원 등) 및 대학들을 중심으로 이루어지고 있으며, 몇몇 대기업의 경우에도 소규모 그룹 단위의 연구팀을 구성해 연구 개발을 진행하고 있는 실정이다. 하지만 최근 들어 종합화학 회사들을 중심으로 유기태양전지를 통한 신성장 동력 확보를 기대하고 추진 중인 회사들이 생겨나고 있다.

해외의 경우 몇몇의 기업이 유기태양전지 개발 및 상품화가 이루어지고 있는데, 어느 정도 수준이며, 이를 국내와 비교해본다면 어떤가?  가장 먼저 유기태양전지 상업화가 이루어졌으며 현재 상품으로 판매하고 있는 곳은 미국의 코나카(Konar ka)가 유일하다. 코나카는 2008년 폴라로이드(Polaroid)에서 인수한 롤-투-롤 연속 인쇄 공정 설비를 이용해 연간 약 1GW 급의 OPV 모듈 생산이 가능하며, 시중에 플렉시블 모듈 및 응용제품을 판매하고 있다. 이 제품은 NREL(Natontional Renewable Energy Labortary, 미국재생에너지연구소)에서 검증받은 단위소자 효율 8.3%에 모듈 효율은 약 3% 내외 수준을 기록하고 있다. 그러나 완전한 롤-투-롤 인쇄 공정이 아닌 일부 진공 증착 프로세스를 이용하고 있으며 안정성(수명)면에서도 만족할 만한 수준이 아니다. 또한 아직은 판매 가격 면에서도 저가라고 말하긴 힘들어 원료 및 공정 단가의 저가화 연구가 필요하다. 그 외에 플렉스트로닉(Plextronics, 단위소자 효율 5.98%, 모듈 효율 2.05% -NREL 인증)과 솔라머(Solarmer, 단위소자 효율 8.13%, 모듈 효율 3.9%)가 있으나 상용화 제품은 없는 상황이다. 그러나 최근 미쓰비시케미칼(Mitsubishi Chemicals)에서 9.2% 효율을 기록함과 동시에 내년부터 인쇄 유기태양전지를 상용화하겠다고 발표해 전 세계의 주목을 받고 있으며, 이를 유기태양전지 시장이 본격적으로 열리는 신호탄으로 보고 있다.

반면 국내의 경우 최고 수준을 자랑하는 코오롱이 코나카 대비 약 85% 정도의 기술력을 지니고 있으며, 그 외에는 국책연구소 및 학교 위주로만 연구 개발이 이루어지고 있는 실정이다. 물론 학계 차원에서는 연구 수준이 높고 활발한 움직임을 보이고 있으나 기업의 움직임은 상대적으로 미미해 세계 유기태양전지 시장에 진입하기 위해서는 위기감을 가지고 좀 더 빠른 움직임이 필요하다고 본다.

유기태양전지 산업화를 가장 활발히 추진하고 있는 기업으로서, 국가 제도적 차원에서 기대하는 바가 있다면? 태양광 시장에 가장 크게 영향을 미치는 것 중에 하나가 국가의 보조금이다. 전 세계 태양광 시장의 경우를 참고하더라도 국가의 지원에 따라 투자 규모나 시장 전망이 달라진다. 현재 전 세계적으로 신재생에너지에 대한 관심이 높고 일본 지진 등의 영향으로 원자력 외에 안전하고 친환경적인 에너지 기술에 대한 수요가 늘어나고 있는 시점에서 국가적 차원의 지속적인 투자가 더욱 늘어나야 한다고 생각한다. 특히 이미 다른 외국 기업들이 선점하고 있는 실리콘계 태양전지보다는 미개척분야이며 잠재적 시장성이 높은 유기태양전지 쪽으로 관심을 기울인다면 전 세계적으로 선도적인 역할을 할 수 있는 기회가 될 수 있을 것이다. 그러나 현재 실리콘계 태양전지에 비해 유기태양전지 분야의 국가적 관심 및 지원은 미약한 실정이다. 단적인 예로 국가 과제 규모나 개수로 볼 때 유기태양전지 쪽의 지원은 거의 전무하다 싶을 정도로 관심이 없다는 것이 아쉽다. 반면 선진국 및 유수한 세계 각국의 연구소들은 유기태양전지를 아주 유망한 대체에너지 기술로 평가하고 정부 차원에서 전략적으로 육성, 지원하고 있는 추세다. 예를 들어 미국은 ‘SAI(Solar America Initiative)’ 사업을 통해 880만달러 규모의 연구비를 지원해 유기태양전지의 상용화를 추진하고 있으며, 2015년 까지 0.25달러/ kWh로 태양광발전 원가 목표를 설정했다.

캐나다 정부는 ‘Canada NRC-NSERC-BDC Nanotechnology Funding’ 사업을 통해, 유기태양전지 셀효율 향상을 목표로 300만달러 규모의 연구비를 지원해 신규 소재 개발을 수행하고 있다. 또한 유럽은 FP7(Framework Program)의 ‘Emerging and Novel PV Techno logies’ 프로그램으로 유기태양전지의 장기 안정성 확보 및 대면적 효율 안정화에 대한 연구를 진행하고 있다. 독일의 BMBF(Federal Ministry of Education and Research, 독일연방교육연구부) Technology Initiative 역시 2007년부터 BASF, Bosch, Merck, Shott에 5년간 4억7,000만달러를 지원해, 2013년 수명 2~3년, 효율 10%의 유기태양전지 제조비용을 134달러/m2으로 낮추는 것을 목표로 개발하고 있다. 일본은 2010년 6월 500억원 규모의 NEDO(New Energy and Industrial Technology Development Organi zation, 신에너지산업기술종합개발기구) 프로젝트가 시작되어 유기태양전지 상용화를 위한 지원을 계속하고 있다.

코오롱이 세계 유기태양전지 시장 선도할 것

유기태양전지 사업을 진행하는데 있어 코오롱의 차별화된 전략은 무엇인가? 유기태양전지의 상용화에 있어서 핵심이 되는 기술 중에 하나가 롤-투-롤 연속공정 기술이다. 이는 유연기판 위에 모듈을 구성하는 형태이므로 상당한 수준의 필름 제어 기술이 필요하다고 할 수 있다. 이 점에 있어서 고내열 수지 및 필름 제조기술, 광학용 필름 양산 기술 등의 고도의 필름 생산 기술을 가지고 있는 코오롱이 매우 유리하다고 할 수 있다. 또한 모듈의 안정성을 결정짓는 배리어 및 봉지 소재 분야에서도 최고 수준의 기술력을 지니고 있다는 장점이 있어 소재의 공급뿐 아니라 연구개발 면에서 타 경쟁사가 따라오기 힘들 것이라 생각한다. 마지막으로 국내 최고 효율을 기록한 유기태양전지 제작 기술 및 경험 면에서 우위에 있기 때문에 경쟁사에 대한  유기태양전지 시장 진입 장벽이 구축될 것으로 기대한다.

앞으로 코오롱은 유기태양전지 사업에 어느 정도의 투자 계획을 갖고 있나? 코오롱은 2007년부터 매년 20억원 규모의 연구 개발 및 인프라 구축을 위한 투자가 이루어지고 있는 상태이며, 연구개발이 끝나는 시점에 대규모 투자를 통해 관련 상품 개발 및 사업화를 본격적으로 시작할 예정이다. 현재 개발 중인 롤-투-롤 플렉시블 유기태양전지 모듈 제조 기술을 통해 유기반도체 소재, 전극용 소재, 플라스틱 투명전극 필름 및 배리어를 포함한 봉지기술 관련 소재 등을 개발할 계획이며, 이를 통해 플렉시블 디스플레이, 유기메모리, OTFT(Organic Thin Film Transistor, 유기박막트랜지스터) 등 유기전자 부품 기술의 기반 육성이 가능할 것으로 보인다. 또한 롤-투-롤 인쇄공정 기술 분야의 인프라 구축을 통해 반도체, 디스플레이를 잇는 ‘인쇄전자’라는 신 시장 창출을 위한 기반 기술로 응용 또한 가능하다. 이에 코오롱은 필름 및 섬유 소재 분야에서부터 인쇄전자 분야까지 사업영역을 넓힐 수 있는 좋은 기회가 될 수 있을 것이라 예상하고 있다.

앞으로 코오롱은 일정 수준의 효율을 가진 플렉시블 유기태양전지 모듈 개발을 진행해 양산 기술 개발 및 안정화에 역량을 집중할 것이다. 그 과정에서 국내 및 국외 인증을 통한 상품의 신뢰성을 확보하고 전체 가격의 60%가 넘는 비중을 차지하고 있는 기판 필름, 배리어 필름, ITO 소재에 대한 기술력을 바탕으로 R&D 및 설비투자를 통해 성능 향상과 단가 인하를 달성할 예정이다. 이후 특허가 만료되는 2014년을 기점으로 DIPV 개념과 디스포저블(Dis posable) 전지 개념의 도입을 통해 신규시장을 창출하고 코오롱 그룹 사업영역(의류, 레저, 건설, 군용품 등)을 기반으로 한 기능성 제품 출시로 상업화를 시작할 예정이다. 최종적으로는 해외 진출을 통해 세계 시장 점유율을 확대하고 세계 최고의 유기태양전지 제조업체로서 시장을 선도해나가는 기업으로 성장할 것이다.

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