염료감응 태양전지 양산 `꿈` 이뤘다

염료감응 태양전지 양산 `꿈` 이뤘다

다이솔티모, 파일럿 생산장비 첫 구축… 내년 상반기 연산 11㎿급 상업생산 가능

김승룡 기자 srkim@dt.co.kr | 입력: 2009-06-21 21:01

`차세대 염료감응 태양전지, 우리가 선점한다.'

실리콘을 전혀 사용하지 않고 친환경 염료를 이용해 태양빛을 전기로 바꿔주는 차세대 염료감응 태양전지(DSSC;Dye Sensitized Solar Cell)가 우리 기업 손으로 세계에서 가장 먼저 상용화될 전망이다.

그동안 실험실에서 일일이 수작업으로 DSSC를 만들 순 있었으나, 상용화를 위한 양산 장비가 없어 대량 생산은 언감생심 꿈도 꾸지 못했다. 이런 이유로 DSSC는 2012년 이후에나 상업생산이 가능할 것이란 게 일반적 관측이었지만, 이같은 예상을 깨고 국내 한 벤처가 내년 상업생산에 앞서 파일럿 생산장비를 업계 최초로 구축해 비상한 관심을 모으고 있다.

지난 18일 경기 성남 중원구 상대원동에 위치한 다이솔티모(대표 문병무)를 찾았다. DSSC 창시자이자 원천특허를 보유하고 있는 스위스 로잔공대 마이클 그라첼 교수가 고문으로 있는 오스트레일리아의 염료 및 태양전지 기술개발사 다이솔과 국내 정보통신 제조사 티모테크놀로지가 지난해 합작 설립한 회사다.

◇염료감응 태양전지 이렇게 만든다=DSSC 파일럿 생산장비들은 공정별로 여러개 실험실에 놓여 있었다. 아직은 양산 전 단계라 장비들간 공정 자동화가 적용된 인라인 상태는 아니었다. 회사 문병무 사장을 따라 생산공정 순서대로 실험실 장비들을 살펴봤다. 먼저 가로 세로 150mm 크기의 두 장의 유리기판에 전극 배치와 셀간 경계를 위한 홈을 레이저로 파주는 아이솔레이션 공정을 거친다. 이어 후면 기판 가장자리에 추후 두 기판 사이로 전해질 액체를 주입할 수 있도록 지름 3mm 이내의 구멍을 연달아 뚫어주는 공정으로 이동한다. `샌드 마스터'라고 해서 작은 모래가루를 강한 압력으로 내뿜어 유리에 구멍을 내고 있었다. 다음엔 초음파 진동방식으로 기판 분술문을 제거해주는 울트라소닉 장비를 거친다. 이어 전면 유리기판에 스크린프린팅 장비로 이산화티타늄(TiO2)층을 형성하고, 파놓은 홈을 따라 은으로 전극을 형성시킨다. 이산화티타늄 나노입자는 전자를 전극으로 이동시켜주고, 염료를 흡착시키는 역할을 담당한다. 후면 기판에는 홈을 따라 백금으로 전극을 형성한다. 이어 두 기판은 오븐(어닐링장비)에 들어가 열처리를 거치면 제대로 자리를 잡게 된다. 이산화티타늄이 형성된 유리기판에 이젠 와인 색깔의 염료를 흡착시킬 단계다. 장비는 40개 기판을 동시에 염료액체에 담가둘 수 있는 3개의 통으로 구성돼 있었다. 약 4시간 담가둬야 염료가 충분히 흡착된다. 이어 염료가 묻은 기판과 백금 전극이 형성된 후면 기판을 열과 압력, 합착실란트로 붙여주는 실링공정을 거친 뒤 뚫어놓은 구멍으로 전해질을 주입하고, 뚫린 구멍을 커버글라스로 막으면 DSSC가 완성된다. 완성된 DSSC는 햇빛과 동일조건의 광장비에 놓여 효율과 품질측정을 거쳐 품질검사를 한다. 실험실에는 다양한 외부 태양광 조건을 걸어놓은 내구성 실험장비와 고열저온 실험장비도 마련돼 있었다. 내구성 실험은 20개월동안 진행하면 20년에 해당하는 내구성 시뮬레이션이 가능하며, 고열저온 실험은 영상 150도와 영하 50도까지 견딜 수 있는가를 측정한다. DSSC 제조공정은 실리콘 태양전지에 비해 간단하고, 클린룸이 필요없어 시설투자비가 적게 든다. 문 사장은 "실험실 모든 장비들은 다이솔티모가 설계하고, 국내 장비 업체들이 처음 만들어낸 것들로 세계 어디에서도 찾아볼 수 없다"고 말했다.

 

◇염료감응 태양전지 상업생산 눈앞=회사는 현재 제각각 놓여있는 장비들 사이사이를 자동화 벨트로 연결하는 등 자동화 공정을 위한 장비를 개발할 예정이다. 이를 통해 내년 상반기 연산 11메가와트(㎿)급 DSSC 생산라인을 구축해 본격적인 DSSC 판매에 나선다는 계획이다. 이 라인을 풀가동하면 광전기 변환효율 6%대의 DSSC를 시간당 600장 넘게 생산할 수 있다고 회사는 설명했다. 생산한 DSSC는 건물 유리창이나 건축자재를 취급하는 건설 관련 회사들을 비롯해 발전사업자들에게 공급하게 된다.

문 사장은 "실리콘 태양전지가 와트당 2달러 이상인데 반해 우리가 생산하는 DSSC는 와트당 1달러 미만이며, 광전효율이 6%대라고 해도 흐린날 발전이 가능하기 때문에 실제 15% 효율의 실리콘 태양전지와 같은 성능을 지닌다"고 말했다.

그는 또 "벌써부터 국내 굴지의 건설사들이 사업협력 제안을 하는 등 DSSC에 관심을 보이고 있다"며 "DSSC 등 그린에너지 사업은 핵심 특허기술과 제조기술을 먼저 확보해 시장을 선점하는 기업이 지배하게 될 것"이라고 말했다.

김승룡기자 srkim@

◆사진설명 : 20일 경기도 성남 상대원동에 위치한 다이솔티모의 연구원들이 내년 상업생산에 앞서 세계 최초로 개발한 염료감응 태양전지 파일럿 생산장비에서 태양전지에 염료를 흡착하는 작업을 진행하고 있다.

사진=김민수기자 ultrartist@