국내 유일의 OPV 상용화 기술개발 기업 코오롱인더스트리

“플렉시블 유기태양전지 모듈 2017년 상용화를 꾀한다”

이 성 호 기자

코오롱인더스트리는 어떤 회사인가? 

코오롱인더스트리는 1957년 국내 최초로 나일론을 생산한 코오롱을 전신으로 하고 있으며 2010년 코오롱 그룹 지주회사 체제 전환의 일환으로 코오롱 제조사업부문에서 분할돼 신설된 기업이다.

현재는 자동차 소재, 첨단소재 등을 생산하고 있는 산업자재, 각종산업 및 생활에 쓰이는 화학, 디스플레이, 태양광 등에 쓰이는 필름/전자재료 및 의류 제품을 담당하는 패션까지 총 4개 사업부문을 주축으로 관련시장을 선도하고 있다. 2000년대부터는 폴리이미드 필름, 전자소재, 아라미드, 멤브레인 등 고부가가치 첨단소재 개발에 중점을 두고 사업구조를 고도화 시키고 있다.

세부 사업 분야 및 생산품을 살펴보면 산업자재 분야에서는 타이어 코오드, 에어백, 산업용사, 인공피혁, SPB(부직포), 아라미드, 미오셀 등을 생산하고 있으며, 필름/전자재료 분야에서는 폴리에스터 필름, 나일론 필름, 가공 필름, 광확산 필름, 프리즘 필름, 광확산판, 마이크로 렌즈 필름, 도광판, 드라이 필름, 포지티브 타입 레지스트, 오버코트, 비드 등을 생산하고 있다. 또한 화학 분야에서는 석유수지, 페놀수지, 에폭시수지, 폴리우레탄, 고강도 유리섬유 복합관 등을 생산하고 있으며, 패션 분야에서는 아웃도어 및 스포츠 관련 의류를 생산하고 있다.

코오롱인더스트리는 중앙기술원을 중심으로 연구개발을 수행하고 있으며 30여년간 축척된 필름 기술과 폴리머 구조 설계 및 Formulation 기술을 바탕으로 PCB, IC, FPD 및 플렉시블 디스플레이 핵심소재 및 부품 개발을 추진하고 있다. 특히 PET, Nylon 중심의 기존 필름에 다양한 신소재 적용을 통한 신제품 창출과 다양한 기술의 퓨전을 통한 뉴 애플리케이션 창출 및 고부가가치 제품 개발에 집중하고 있다. 또한 자동차용 내장재, 경량화 재료 및 연료전지 자동차용 소재 개발을 수행하고 있으며, 수처리 및 태양전지 등의 자원 재순환 관련 연구, 고성능 복합소재, 각종 수지 등의 연구개발에 집중 투자를 하고 있다.

신재생에너지 사업과 관련한 태양광 산업의 경우 경주에 위치한 마우나오션 리조트에 1MW급 실리콘 박막형 태양광발전소를 완공하는 등의 기술력을 축적해왔으며, 아직은 미개척 분야인 유기태양전지 시장에서 선도적인 역할을 수행하기 위해 연구개발을 진행 중이다. 코오롱은 2007년부터 유기태양전지 연구개발을 시작했다. 2011년 7.02%의 국내 최고 효율 유기태양전지 개발에 성공했고, 최근 코오롱이 보유하고 있는 고내열 수지 및 필름 제조기술, 광학용 필름 양산 기술 등을 바탕으로 롤투롤 연속공정을 적용한 플렉시블 유기태양전지 모듈의 2017년 상용화를 꾀하고 있다. 롤투롤 연속공정을 적용한 플렉시블 유기태양전지 모듈 개발을 통해 개발된 관련 기술인 유기반도체 소재, 전극용 소재, 플라스틱 투명전극 필름 및 배리어를 포함한 봉지기술 관련 소재를 기반으로 플렉서블 디스플레이, 유기메모리, OTFT 등 유기전자 부품 사업 및 인쇄전자 사업 진출을 모색하고 있다.

코오롱은 현재의 다양한 사업포트폴리오를 통해 지속 가능한 성장을 실현하고 21세기 Global Top 화학/소재 및 국내 일류 패션기업으로 성장하기 위해 고부가가치 제품의 투자 및 증설에 역량을 집중함으로써 향후 100년 기업으로 자리매김하고자 하는 목표를 가지고 있다. 이를 통해 기업, 사회 및 환경에 기여하는 상생의 모범이 되는 선진기업경영의 표본이 될 수 있도록 노력하고 있다.

왜 OPV에 주목해 개발을 꾀하게 됐는가? 

코오롱인더스트리는 화학 소재 분야에서 많은 노하우와 강점을 가지고 시장을 선도하는 기업 중 하나로, 이를 기반으로 그룹의 차세대 성장 동력이 될 수 있는 친환경, 신재생에너지 사업을 추진 중이다. 특히 실리콘 태양전지를 기반으로 한 태양광발전소를 건립하는 등 태양광 분야에 관한 투자를 꾸준히 해오고 있었으며, 필름 가공 및 관련 소재 기술, OLED 개발로 축적된 유기전자소자 관련 기술 등을 적용할 수 있는 OPV(Organic Photovoltaic)에 관심을 가지게 됐다.

OPV는 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.

특히 태양광 시장에 있어 고효율이 필요한 대량 발전용이 아닌 DIPV(Device Integrated Photovoltaics)향의 소형 휴대용 전자기기, 군용 전자기기 발전, 일회용 배터리, BIPV(Building Integrated Photovoltaics) 시스템 등의 분야 등 신규 시장이 늘어날 것으로 예상됨에 따라 기존의 실리콘계 태양전지와 다른 다양한 응용이 가능한 저가의 플렉시블 태양전지 개발이 가능하다는 데에 주목하게 됐다. 최종적으로는 기존에 코오롱그룹이 가지고 있는 의류, 레져, 건설, 군용품 등의 사업군을 활용해 시너지 효과를 낼 수 있고, 더 나아가 인쇄 전자를 기반으로 한 유기전자소자 분야의 신시장을 개척할 수 있는 아이템으로 인식하고 있으며, 지속적인 투자를 통해 연구개발을 수행하고 있다.

코오롱인더스트리의 OPV만이 갖는 특장점은?

현재 국내외 많은 연구 그룹 및 기업에서 OPV 관련 연구를 수행하고 있으며, 그 결과를 논문 및 특허 등의 형태로 발표하고 있다. 그러나 실제 OPV의 상용화를 고려했을 경우에는 큰 차이가 있어 더 많은 연구가 수반돼야 하는 것이 사실이다. 일례로 다양한 고효율의 광활성층 소재 개발이 됐음에도 불구하고 양산에 적용하기에는 부적합한 경우가 태반이며, 연구실 단위 수준의 결과를 산업에 적용하기는 힘들다. 이런 면에서 코오롱인더스트리의 OPV 연구 개발은 초기 기획 단계부터 상용화를 고려해 진공 공정을 배제시킨 롤-투-롤 인쇄 공정 개발에 착수했다는 것에서 출발점이 다르다고 할 수 있다. 또한 적용 소재의 경우도 양산이 가능한 소재를 적용해 모듈 제조기술 확보를 우선으로 하고 있으며, 추후 상용화 시 생산 단가를 고려하는 것도 연구 영역에 포함된다고 볼 수 있다. 이런 점에서 종합화학회사인 코오롱인더스트리는 타 기업 및 연구소에 비해 큰 강점을 가지고 있으며, 상용화 시 수직계열화를 통한 원가 절감에 있어서도 경쟁력 확보가 용이하다. 결국 코오롱인더스트리의 경우 롤-투-롤 인쇄의 대량 생산을 기반으로 한 저가의 플렉시블 OPV 모듈 상용화가 최종 목표이며, 이 점에서 타 기업 및 연구소 OPV 개발과의 차이점이 아닐까 싶다.

현재 OPV 개발현황(기술력)과 향후 계획은?

코오롱인더스트리는 지난 2007년부터 OPV 관련 연구를 시작해 지난해에는 7% 이상의 국내 최고 효율 소자 개발을 발표한 적이 있다. 현재는 8% 이상의 소자 제작 기술을 보유 중이며, 효율을 높이기 위한 연구를 지속적으로 진행하고 있다. 또한 상용화 기술인 롤-투-롤 인쇄 공정을 이용한 대면적 플렉시블 OPV 모듈 제조 기술을 개발하기 위해 공정 개발에서 장비 개발에 이르는 폭 넓은 영역의 연구 개발을 수행하고 있으며, 이를 위해 올해는 국내 최초 OPV 개발 전용 청정실험실을 구축해 소자에서 대면적 모듈의 기초 연구, 제조, 특성 평가까지 할 수 있는 거의 대부분의 장비를 보유하고 있다. 현재 롤-투-롤 인쇄 공정을 이용한 OPV 모듈 제조 기술 개발을 하고 있는 기업은 국내에서 코오롱이 유일하다고 볼 수 있어 축적된 기술력은 국내 최고라고 자부할 수 있다. 또한 해외 선도 업체들의 기술력과 비교했을 경우에도 거의 동등한 수준에 이르렀다고 할 수 있겠다. 향후 코오롱인더스트리는 축적된 기술력과 국내외 강력한 네트워크를 기반으로 롤-투-롤 인쇄 공정을 이용한 고효율, 고안정성 플렉시블 OPV 모듈 제조 기술개발에 집중할 예정이며, 늦어도 2016년까지 상용화 기술개발 완료를 목표로 하고 있다.

OPV를 개발하고 있는 국내 및 국외기업의 동향은? 

국내 학계 및 연구소의 OPV 관련 기술력은 세계적 수준이지만 상용화 기술을 개발하고 있는 기업은 코오롱인더스트리가 유일하다. 국외의 경우 OPV를 최초로 상용화했던 선두 기업 중 하나인 Konarka가 얼마 전에 파산했다는 다소 좋지 않은 소식을 들었다. Konarka의 경우 결정질 실리콘 태양전지 시장의 가격이 붕괴되는 등의 불안정한 태양광 시장 상황 속에서 너무 이른 시장 진입으로 인한 누적된 자금난과 추가 펀딩 실패가 파산의 원인이 됐다. 이는 미성숙한 상용화 기술을 기반으로 한 시장 진입의 위험성을 인지시켜 주는 사건이 되고 있으며, 많은 OPV 상용화 기술을 개발하고 있는 기업들의 반면교사(反面敎師)가 되고 있다. 그러나 이와는 반대로 최근 들어서 10% 이상의 고효율 OPV가 종합화학회사를 중심으로 개발되고 있는 것에 주목해야 한다. 특히 일본의 Mitsubishi Chemical, Sumitomo 등의 약진이 두드러지며, 두 회사 모두 상용화를 목적으로 한 세계 최고 수준의 10% 이상의 효율을 가진 소재 합성 기술과 롤-투-롤 인쇄 공정을 기반으로 시장 진입의 기회를 엿보고 있는 상태라 할 수 있다.

상품화에 앞서 반드시 해결해야 할 선행과제는 무엇인가? 

OPV의 상품화에 있어 가장 선행돼야 하는 과제는 일정 수준 이상의 효율과 수명 확보라고 할 수 있다. 특히 대면적 모듈로 생각했을 때 5% 이상의 효율과 2~3년 이상의 수명 확보의 문제는 상품으로서 가치가 있느냐 없느냐의 기준이 될 수 있다. 하지만 최근의 OPV 성능의 향상 속도로 봐서는 이 2가지 조건을 만족하는 것이 몇 년 후에는 문제가 되지 않을 것으로 예상된다. 문제는 최근 태양광 시장에서 실리콘 태양전지의 가격 하락과 전통적 시장의 탈피로 인한 특수 분야 시장의 잠식이라고 할 수 있다. 그 예로 결정질 실리콘 태양전지 가격의 경우 0.6$/Wp 이하로 떨어지고 있어 어느 정도의 가격 경쟁력을 보유하고 있으며, 응용 분야도 전통적인 대량 발전에서 소규모 모바일 발전으로의 전환을 꾀하고 있는 상황이다. 이러한 상황에서 OPV만의 장점인 유연성, 가벼운 무게, 응용 분야의 다양성, 실내에서의 높은 발전 효율 등을 극대화시킬 수 있는 기술력과 특수 시장 분야에서의 위치를 확고히 할 수 있는 적합한 응용 분야 선정 및 시장 선점 전략이 선행돼야 한다고 본다.

적용분야 및 단계적 상용화 추진전략은? 

먼저 일정 수준의 효율을 가진 플렉시블 OPV 모듈 개발을 진행하며, 양산 기술개발 및 안정화에 역량을 집중할 것이다. 그 과정에서 국내 및 국외 인증을 통한 상품의 신뢰성을 확보하며  전체 가격의 60%가 넘는 비중을 차지하고 있는 기판 필름, Barrier 필름, ITO 소재에 대한 기술력을 바탕으로 R&D 및 설비투자를 통해 성능 향상과 단가 인하를 달성할 예정이다.

이후 연구 개발이 완료되는 2016년을 기점으로 DIPV 개념과 Disposable 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 기업을 목표로 하고 있다.

현재 태양광 시장 상황과 향후 나아갈 방향에 대한 견해를 밝힌다면?

현재 태양광 시장 상황은 전 세계적인 경기 불황으로 인한 투자 축소와 모듈 가격 하락으로 인해 어려움을 겪고 있다. 특히 정부의 지원을 등에 업은 중국 업체들의 저가 공세와 공급 과잉에 따른 가격 하락은 많은 태양전지 관련 업체들을 연쇄 파산의 위험으로 내몰았으며, 최근에는 미국의 솔린드라가 파산에 이르렀고 퍼스트솔라는 인원 감축을 단행했다.

이러한 분위기 속에서는 결정질 실리콘계 태양전지 뿐 아니라 박막태양전지의 시장 상황이 단기간에 좋아질 것이라고 생각하기는 힘들다. 추후에도 중국의 태양전지 생산 기업들의 공세는 계속될 것으로 예상되며, 이를 감당할 수 있는 기업은 많지 않으리라는 것이 일반적인 견해라고 할 수 있다. 현재 태양광 시장에서 발전용 결정질 실리콘 태양전지가 차지하는 비중이 약 90%에 이르며, 나머지 10%가 안 되는 시장이 박막 태양전지 시장이다. 그러나 태양광 시장에서 살아남기 위해서는 결정질 실리콘 태양전지를 기반으로 하는 발전용 시장보다는 작은 규모지만 특수 시장을 먼저 선점한 후 발전용 시장 진입 및 잠식을 위한 기술력, 가격 경쟁력 확보가 필요하다고 생각한다. 즉, 크고 치열한 시장에 진입해 도태되는 것보다 작은 시장에서 위치를 견고히 한 후 큰 시장으로 진입하는 것이 바람직한 전략이 아닐까 생각한다.

애로점 및 정부의 건의사항은? 

최근 태양광 시장 위축으로 인해 태양전지 개발에 대한 관심이 예전과 다르다는 것을 체감하고 있다. 특히 태양광 관련 전시회 및 컨퍼런스에 참가해보면 몇 년 전에 비해 규모가 많이 축소된 것을 알 수 있으며, 관련 기업들도 힘든 현실로 인해 타 분야로 눈을 돌리는 상황들이 현재의 안타까운 현실이다. 그러나 지속적인 발전이 가능한 가장 유망한 신재생에너지가 태양광이라는 사실에는 변함이 없으며, 꾸준히 관심을 가지고 역량을 축척해야 하는 분야임을 잊어서는 안 된다고 생각한다. 이런 점에서 태양광에 대한 정부의 꾸준한 관심과 지원이 필요하며, 특히 OPV와 같이 신시장을 창출할 수 있는 유망한 기술에 대한 발굴과 지원 확대를 할 수 있는 제도적인 장치를 마련해줬으면 하는 바람이다.

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