특허청, "박막형 Si태양전지 성장성 높다"

특허청, "박막형 Si태양전지 성장성 높다"

특허출원 707건, 최근 급증…세계최고 반도체·LCD기술 확보 경쟁력

2009년 07월 16일 (목) 11:54:40 정연진 기자 pressj@ekn.kr

특허청이 박막형 실리콘태양전지의 성장 가능성을 높게 평가했다. 또 결정형 실리콘태양전지의 성장세는 완화될 것으로 내다봤다. 16일 특허청 복합기술심사팀은 박막형 태양전지의 제조 단가가 결정형 태양전지에 비해 낮고, 우리나라가 세계 최고 수준의 반도체·LCD 증착기술을 확보하고 있어 성장 가능성이 높다고 평가했다. 특허청은 현재 결정형 실리콘태양전지는 높은 에너지 전환 효율과 안정된 성능을 바탕으로 90%의 시장 점유율을 차지하고 있지만 “원재료인 폴리실리콘의 부족 현상이 갈수록 심화되고, 제조단가가 다른 신재생에너지에 비해 수배 이상 높아 빠르게 보급되기 어렵다”고 전망했다. <>효율 낮지만 경량화·유연화(Flexible) 강점 특허청은 “박막형 태양전지는 결정형에 비해 에너지 전환 효율은 다소 낮은 편이지만 제조 시 사용된 에너지 회수기간이 절반 정도로 짧고, 두께도 1%에 불과해 제조 단가를 혁신적으로 절감할 수 있다”고 밝혔다. 에너지기술연구원의 자료에 따르면 결정형 태양전지는 단결정이 22%, 다결정이 17%의 에너지전환 효율을 나타낸다. 이에 비해 박막형 태양전지는 10%가량의 효율을 내지만 실리콘 사용량이 적고, 경량화와 유연화(Flexible)가 가능하다. 특허청은 또 “박막형 태양전지는 산업화 초기 단계이며 제조 방식이 반도체·LCD 증착기술과 유사해 세계최고 수준의 관련 기술을 보유하고 있는 국내 업체가 기술 및 시장 경쟁력 면에서 우위를 차지할 가능성이 높다”고 평가했다. <>특허 일본기업이 주도, 토종기업은 삼성 LG순 특허청에 따르면 지난 14년간(1995~2008) 화학적 기상 증착, 물리적 기상 증착 방식과 같은 반도체·LCD 증착기술을 적용한 박막형 태양전지의 국내 특허출원(실용신안 포함)은 총 707건. 매년 증가세를 보이다 IMF 환란 때 잠시 주춤했다가 최근 다시 급증하는 추세다. 외국인의 특허출원이 59%로 내국인보다 다소 많은 것으로 나타났다. 결정형 분야에서 선두를 달리고 있는 일본이 54%로 가장 높은 점유율을 보이고 있으며 미국(32%), 독일(5%), 기타(유럽, 호주, 프랑스, 영국 등)의 순으로 나타났다. 주요 출원인으로는 삼성전자·삼성SDI(68건)가 수위를 차지했으며, 그 뒤로 캐논(48건), LG전자·LG화학·LG필립스LCD(37건), 소니(15건), 어플라이드머티어리얼스(15건), 코닝(14건), 주성엔지니어링(14건) 등의 순으로 조사됐다. 특허청은 “정부정책이 장기적으로는 결정형 태양전지를 기반으로 하고, 차세대 박막형 태양전지로 다각화하는 방향으로 설정됐다”며 “앞으로도 관련 기술 개발 및 특허출원이 지속적으로 증가할 것”이라고 전망했다. <>증착방식은 화학적·물리적방식 비율이 비슷 증착 방식에 특징이 있는 박막형 태양전지 관련 출원건수를 보면 원자층 증착(ALD)을 포함한 화학적 기상 증착(CVD)과 스퍼터, 진공 증발법을 포함한 물리적 기상 증착(PVD)은 각각 134건 및 112건으로 거의 비슷한 비율로 출원됐다. CVD에 관한 출원은 1995년 초기부터 현재까지 꾸준히 이어져 왔으며, PVD는 2006년에 급격한 상승세를 나타냈다. 특허청은 “이는 전통적으로 CVD를 적용하던 실리콘 광활성막 증착에 대한 출원 외에도 최근에는 PVD를 이용해 패턴형성, 모듈화, 표면처리, 에칭 및 전극·전도막 형성과 같은 태양전지의 다른 부대 요소에 대한 출원이 증가했기 때문”이라고 분석했다. 실리콘 광활성막의 결정구조에 특징이 있는 박막형 태양전지 관련 출원 동향을 보면 전 기간에 걸쳐 다결정 실리콘의 비율이 비정질 또는 단결정 실리콘보다 다소 높은 것으로 나타났다. 특허청은 “이는 일반적으로 반도체·LCD 증착기술을 적용해 제조된 실리콘 박막은 비정질의 결정구조를 갖는데, 증착된 비정질 실리콘 박막을 플라즈마로 처리하거나 도핑처리 또는 열처리 등의 간단한 공정을 통해 에너지 전환 효율이 더욱 높은 다결정 실리콘 광활성막을 제조할 수 있기 때문”이라고 밝혔다. <>박막형 분야 국내업체는 5개사에 불과 또한 2005~2008년 사이 비정질 실리콘 태양전지의 출원건수가 오히려 단결정 실리콘보다 많은 것으로 나타났는데, 이는 비정질 실리콘으로부터 단결정 실리콘을 제조하는 공정이 간단하지 않을 뿐 아니라, 실리콘 광활성막 외의 부대 요소에서 태양전지의 전체 효율을 개선한 출원이 늘었기 때문이라는 설명이다. 한편 한국철강과 알티솔라는 국내서 최초로 박막형 비정질 실리콘 태양전지 라인을 가동중이다. 소디프신소재와 코아텍은 박막형 태양전지의 핵심소재인 모노실란 생산설비 증설에 나섰다. 특허청은 “아직 대부분의 업체는 결정형 실리콘 소재분야에 집중하고 있고 박막형 태양전지 생산을 목표로 하고 있는 업체는 5개사에 불과하다”면서 “머지않아 박막형 실리콘 태양전지를 포함한 다양한 박막형 제품의 상용화가 이뤄질 것”이라고 예상했다.