제1회 염료감응태양전지(DSSC) 산업체 워크숍 및 간담회’
충북테크노파크·에너지경제신문 공동 주관
- 염료감응태양전지, 미래형 태양전지의 頂點
- 고효율·대면적화·내구성 향상 기술개발이 관건
실리콘(Si)계 태양전지 가격 인하 한계로 인해 차세대 태양전지들이 주목받고 있다. 특히 차차세대 태양전지로 꼽히는 염료감응 태양전지(DSSC·Dye-sensitized Solar Cell)는 생산 가격과 디자인(색상·형태)면에서 실리콘계열의 태양전지 대비 높은 경쟁력을 지닌다.
전력 생산 효율은 상대적으로 낮은 편이지만, 계절·지역별 태양광의 입사각에 영향을 받지 않아 전주기적인 효율을 따졌을 때 경쟁력을 확보, 2010년을 전후해 실리콘계 태양전지를 추격할 것으로 분석된다.
태양광전문가들은 가정·상업용, 발전용 DSSC 상용화는 장기간이 소요될 전망이지만, 소용량의 모바일용 및 장식용과 프리미엄 건축물 분야에서 실리콘계 태양전지의 틈새시장을 공략할 수 있을 것이라고 입을 모으고 있다.
지난 2일 (재)충북테크노파크와 에너지경제신문 주관으로 충북 오창에서 열린 ‘제1회 염료감응태양전지 산업체 워크숍 및 간담회’에는 200여명의 전문가들이 참석해 DSSC에 대한 폭발적인 관심을 실감케 했다.
●국내 기업간 개방형 R&D 추진해야
이날 참석한 전문가들은 DSSC 상용화를 위해서는 에너지효율 향상과 대면적화 기술, 내구연한을 향상해야 한다고 밝혔다.
현재 상용제품의 효율은 5% 안팎이고, 대면적화 기술 또한 취약하다. 내구연한은 가장 앞선 호주의 다이솔(DYESOL)사 제품이 10년 내외에 머물러 있다. 전문가들은 현재 기술 수준으로는 효율 13%(Glass형) Type)가 한계라고 보고 있다.
플렉시블(Flexible)형의 경우는 6∼7%. 일본 NEDO는 2030년 18%를 목표로 자금과 기술을 지원하고 있으며, 우리나라의 KIST는 2010년 10%를 구현한다는 계획이다. 일본의 샤프, 소니 등은 이미 효율 8.2%(16㎠ 기준) 제품을 내놓고 있다.
현재 상용화 가능한 제품인 효율 3%급(모듈면적 0.1㎡)은 휴대폰과 캠코더 등 소비전력이 낮은 모바일 전자기기에 사용할 수 있다. 5%급(1.0㎡, 5.0㎡)은 태양전지 크기에 따라 노트북 LCDTV 오디오 등 생활가전과 텐트, 캠핑카 등 야외활동 고정용 전원으로 사용할 수 있다.
3.2kW급(40㎡)은 아파트와 공동주택 등 가정용전력의 일부를 충당할 수 있지만 갈 길이 멀다. 일본의 기업과 연구소들은 지난 1994년 첫 특허 등록 이후 2005년부터는 매년 200∼300건의 특허를 등록하고 있다.
미국 DOE 자료에 따르면 일정 조건하에서 실리콘계 태양전지는 투자비 회수기간(Payback time)이 3∼4년인데 비해 DSSC는 0.5년으로 매우 빠르다.
DSSC 관련기술을 개발중인 국내기업은 동진쎄미켐 티모테크놀로지 세아이엔티 나노팩 씨엠에스테크놀로지 삼성SDI 등이다.
문제는 R&D의 폐쇄성. KIST의 박남규 태양전지연구센터장은 “국내 기업, 연구소, 대학 등이 관련기술을 보유하고 있다”며 “선의의 경쟁을 통해 기술과 시장을 선점해야 한다”고 말했다.
에너지자원기술기획평가원 김계수 실장은 “기업별의 폐쇄형 기술개발을 지양하고, 기업간 기술 및 정보를 공유하는 개방형 R&D를 추진해야 한다”고 말했다. R&D기관의 연구활동 상의 폐쇄성을 지적한 것이다.
●색상 다양·유연성 높아 틈새시장 공략 제격
DSCC의 쓰임은 광합성 촉진 기능이 있는 염료를 사용한 유리(태양전지)온실 설치로 농가에서는 작물의 생장촉진을 기대할 수 있다. 현재 미니 온실을 제작해 식물의 생장 차이를 분석하는 단계에 있다.
또한 가볍고 유연성이 뛰어나 운동복, 등산복에 적용, MP3 플레어를 작동시킬 수 있는 CIPV(Cloth Integrated PV)도 시제품이 완성돼 있다. 파라솔, 화훼농장, 자동차 선루프에도 적용이 가능하다.
특히 PVT(태양광+태양열)시스템에 적용하면 전기와 온수 생산이 동시에 가능하게 된다. PV모듈 후면에서 발생하는 열을 건물의 난방 에너지 및 온수열원으로 이용하는 것이다.
실리콘계 PV모듈은 불투명해 간접 열 전달 효과밖에 기대할 수 없다. 이에 반해 DSSC는 투명해 직접 태양열을 받는 동시에 PV모듈에서 발생하는 열을 흡수해 사용함에 따라 발전 효율을 높일 수 있으며, 유럽국가들이 채택하고 있다.
응용제품을 생산중인 우리솔라의 김강범 연구소장은 “국내 기술은 선진국의 70%에 그치고 있다”며 “현재 현장 테스트를 진행중”이라고 말했다.
●BIPV시스템과 ‘한 몸’, 보급확대 기대=
DSSC의 상용화는 BIPV(건물일체형태양광)시스템 확산으로 이어질 것으로 보인다.
향후 태양광시장은 건축 마감재 형태의 BIPV시장이 메인시장으로 성장할 가능성이 크기 때문이다.
현대의 건축물은 실용성 못지않게 아름다운 건물 외관을 중시하는데, 그간 실리콘계 태양전지는 불투명성, 경직성 등으로 인해 이런 욕구를 충족시키지 못한다는 지적을 받아 왔다. BIPV시스템이 확대되지 못한 이유다.
DSSC는 사용 염료에 따른 다양한 컬러 구현이 가능한 동시에 투명하고, 방위각이나 입사각에 따른 발전효율 기복이 적어 BIPV시스템을 중심으로 빠르게 확산될 것으로 전망되고 있다.
일본의 후지키메라연구소와 나노마켓에 따르면 2015년 DSSC시장은 450억불에 이르고, 같은 해 BIPV시장은 80억달러에 이를 것으로 예측돼 파급효과가 클 것으로 전망된다.
이건창호시스템의 엄정용 연구원은 그러나 “아직까지 국내외를 막론하고 BIPV시스템에 DSSC가 적용된 사례는 일부”라며 “대면적화와 제품가격 인하가 우선돼야 한다”고 설명했다.
●부품·소재 국산화…대일 무역적자 해소
NH투자증권이 지난 3월 내놓은 자료에 따르면 2007년 우리나라의 주요 수출제품 규모는 반도체 2500억달러, LCD패널 800억달러, 조선 250억달러 수준이다. 금융권과 태양광업계는 오는 2010년 태양광제품 수출규모가 현재의 LCD패널과 맞먹을 수준으로 성장할 것으로 예측하고 있다.
부품·소재 분야의 대외 무역적자는 심각한 수준이다. 기계산업진흥회의 부품·소재산업통계에 따르면 2006∼2007사이에 우리나라의 수입 증가율은 수출 증가율을 앞질렀다. 특히 대일 무역 적자가 심각하다. 2007년 소품·소재 분야의 대일무역 적자는 187억달러에 달했으며, 매년 증가세를 보이고 있다.
동진쎄미켐 이종찬 박사는 “부품·소재는 완제품 등 전방산업의 성능과 품질, 가격 경쟁력을 결정하는 고부가가치 분야”라며 “DSSC 관련 부품소재 개발을 서둘러야 한다”고 말했다. DSSC의 전체 생산비 중에서 염료, TCO글라스 등 부품·소재가 차지하는 비율은 77%, 이 중에서도 소재비가 53%에 달한다.
●부품·소재와 장비개발 긴밀한 협력 요구
태양전지 장비업체 관계자는 “일본 장비업체들은 자신들의 사업 파트너(부품·소재업체)의 제품을 사용했을 때 생기는 기계 고장에 대해서만 개런티를 하고 있다”며 “우리나라도 부품·소재업체와 장비업체가 공동개발을 추진해야 할 것”이라고 말했다.
이는 DSSC 생산시스템이 아직까지 양산화, 즉 안정이 돼 있지 않다는 뜻이기도 하지만, 부품·소재업체와 장비업체가 사업초기부터 긴밀한 협력관계로 대처해 나가야 한다는 조언이다.
현재 국내에서 선보이고 있는 DSSC제품은 수작업에 의존하고 있다. 우리솔라 김강범 연구소장은 “신뢰성 있는 데이터 확보를 위해서는 양산장비로 생산된 제품을 대상으로 해야 한다”고 말하고 “부품·소재개발, 신뢰성 확보, 제품 개발을 동시에 진행해야 한다”고 설명했다.
충북 오창=정연진 기자 press-j@
◇지난 2일 충북테크노파크 세미나실에서 열린 ‘제1회 염료감응태양전지 워크숍’에 200여명의 전문가들이 참석, 성황을 이뤘다.
