LG전자·한화큐셀·신성솔라에너지 등 우리나라 태양광전지 빅3가 내건 최대 무기는 `고효율`이다. 이들은 세계적 범용 기술인 `다결정 P타입 스크린프린티드 태양전지(SPSC)`가 아닌 각기 다른 고효율 태양전지 기술로 승부를 펼치고 있다.
4일 업계에 따르면 발전효율을 1% 높이면 시스템 설치비용 4% 감소 효과가 있는 것으로 나타났다. 태양광사업 성패가 저렴한 가격에 효율 높은 태양전지를 개발하는 것에 달려 있다는 말이 나오는 이유다. 우리 빅3 기업은 고효율이란 목표는 같지만 서로 다른 기술을 사용하고 있다. 이들 고효율 태양전지 생산 기술의 장단점을 이해석 고려대 교수 자문과 업계 의견을 취합해 비교 분석해봤다.
신성솔라에너지의 고효율 태양전지는 `단결정 p-BSF 셀`이다. SPSC 기술을 원용하긴 했지만 다결정이 아닌 단결정 웨이퍼를 사용해 고효율을 실현했다. 다결정 웨이퍼를 사용하면 17~18% 발전 효율이 나오고, 단결정을 사용하면 이보다 높은 18.5~19% 정도 효율을 낼 수 있다. P타입 기판을 사용하고 후면필드(BSF) 구조이며 전극으로 알루미늄(AL)을 사용한다.
스크린프린팅 기법을 사용해 전극 형성이 우수하지만, BSF 구조 발전효율 한계는 20% 초반이다. 단결정 태양전지는 발전 효율이 높고 내구성이 좋지만 생산비가 많이 든다. 업계에 따르면 우리나라에서 와트(W)당 700원 초반대에 유통되고 있다. 범용 다결정 태양전지가 W당 600원 초반대에 거래된다는 것에 비춰보면 가격이 조금 비싸지만, 높은 발전효율로 경쟁력을 보완할 수 있다.
LG전자 주력제품은 `단결정 N타입 양면수광형(n-bifacial) 셀`이다. 상용화된 기술 중 가장 높은 평균 22% 수준 발전효율을 낸다. N타입 실리콘 기판에 양면수광형 구조로 돼있으며 전후면 패시베이션(passivation)층을 형성했다. LG전자는 여기에 전기이동 통로를 분산해 손실을 최소화하면서 출력을 향상시킨 `첼로` 기술도 적용했다. 첼로 기술은 태양광을 흡수·반사하는 기능을 리본 대신 와이어가 담당하도록 한 것이 핵심이다.
와이어가 둥글기 때문에 빛을 여러 각도에서 받고 이를 다시 반사시킨다. 반사된 빛은 셀 표면 강화유리를 통해 다시 흡수돼 전기로 바뀐다. 종전에는 전기로 전환되지 않았을 빛까지 다시 활용함으로써 발전량은 늘고 손실은 줄였다. 기존 태양전지는 리본이 3~5개인데 반해 LG전자는 12개 와이어를 설치했다. 전류가 흐를 수 있는 길이 더 많아지고 자연히 효율은 높아진다.
이 태양전지는 고효율이고 광열화(LID)가 없으며, 양면발전이 가능하다는 장점을 가졌다. 다만 재료비가 비싸고 생산 수율이 상대적으로 낮다는 단점이 있다. 이 기술 발전효율 한계는 23%다. 생산단가가 높은 만큼 유통가격도 비싸다. 업계에 따르면 LG전자 태양전지는 W당 800원대에 거래되고 있는 것으로 알려졌다.
한화큐셀은 다결정 태양전지지만 단결정 태양전지만큼 발전효율을 낼 수 있는 퀀텀셀 기술을 적용했다. 한화큐셀의 `다결정 p-PERC 셀`은 18.5~19.5% 발전효율을 낸다. P타입 실리콘 기판을 사용하며, 후면전극과 실리콘 기판 사이에 산화막을 증착해 패시베이션한다. 범용 BSF 구조 대비 후면전극을 개선해 개방하고, 전압과 단락 전류 특성이 향상됐다. 셀 후면에 방지막을 추가해 출력 손실을 방지하고 셀 내 흡수율을 높이는 기술이다.
PERC 기술은 태양전지 효율을 높이는 대표적 방법이다. 태양전지 후면에 반사방지막·도금전극 등 효율을 높일 수 있는 방법을 총동원한다. 일반 다결정 웨이퍼를 사용하면서도 단결정 웨이퍼를 사용한 것과 같은 효과를 낸다. PERC 구조 발전효율 한계는 22%다. 한화큐셀 퀀텀셀은 전량 해외 유통되기 때문에 정확한 가격을 확인할 수 없다. 업계는 한화큐셀 범용제품 가격이 W당 600원 초반대로 거래되는 것에 비춰, 생산단가가 높은 퀀텀셀은 600원 후반에서 700원 초반대에 거래될 것으로 추정했다.
이해석 고려대 교수는 “우리나라 태양전지업체들은 발전 효율면에서는 중국 등 해외업체들 보다 월등한 경쟁력을 갖췄다”며 “글로벌 시장에서 영향력을 확대하려면 최대한 범용 제품과 가격 차이를 좁히기 위한 노력과 기술투자가 필요하다”고 말했다.
함봉균 에너지/환경 전문기자 hbkone@etnews.com
◆P타입·N타입=웨이퍼를 만들 때 전기전도성을 부여하기 위해 소량의 다른 원소를 첨가한다. 이때 들어가는 첨가 원소에 따라 N타입, P타입으로 나뉜다. N타입 웨이퍼는 P타입에 비해 상대적으로 고효율이나 웨이퍼를 만드는 공정이 더 까다롭고 어렵다.
