태양광 전지용 소재의 정의와 필요성, 산업 밸류체인을 알아보자.

개요

최근 정부의 태양광 보급 확대 정책으로 태양광 사업이 지속 성장되며 발전 단가는 가격 경쟁력이 있는 수준까지 하락하게 되었습니다. 이에 재료의 수요 또한 증가하였으나 일부 중소기업들의 수익성 악화로 인한 소재기업은 어려움에 직면하게 되었습니다. 이러한 상황에서 소재, 장비 등을 중국 등 경쟁 국가에 의존하게 되면 자원 외교적인 측면뿐 아니라 기술력 측면에서 경쟁에서 밀리게 될 것입니다. 이에 소재 산업에 대하여 인지하고 산업 밸류 체인의 분석이 필요하겠습니다.

 

주요 소재 개념 정리 

이번 주제에서 다룰 소재는 크게 3가지로 나눌 수 있습니다. 고효율 태양전지용 미세선폭 소재, 다결정 실리콘 웨이퍼, 외장필름으로 크게 나눌 수 있습니다. 산업화 속도의 증가로 에너지 사용량이 급격히 많아졌습니다. 그 결과로 온실 가스의 배출 또한 크게 늘게 되어 지구 기후 변화문제는 갈수록 심각해지고 있습니다. 화석에너지가 고갈되고 국제적인 환경 보호 이슈의 해결책으로 탈 탄소 정책 등이 쏟아지고 있습니다. 그중 비중이 큰 정책은 신재생에너지 사업이 되겠습니다. 에너지 정책상 2035년까지 글로벌 신재생에너지의 비중은 40% 정도로 예상됩니다. 대한민국 정부는 재생에너지 비중을 30% 이상으로 증대시키는 로드맥을 발표했으며 재생에너지의 목표치를 설정하였습니다. 주요 소재인 미세선폭 소재에 대해서 알아보겠습니다. 전계에 의해 분리된 전자 등이 재결합되도록 외부 회로로 전달하며, 전력의 효율성을 높인 적극을 말합니다. 태양전지의 특성상 태양 빛을 많이 흡수해야 에너지 효율이 좋아지게 됩니다. 관련해서는 전압손실을 줄이는 것이 중요한 목표이기도 합니다. 현재 상용화된 기술로는 단결정 실리콘을 이용한 태양전지가 가장 큰 비중을 차지하고 있습니다. 원가비용의 절감을 위해서는 다양한 공정들이 시도되었으며 스크린 프린터를 기반으로 하는 페이스트라는 혼합물을 인쇄하여 형성됩니다. 태양전지의 특성상 제어와 미세화 공정을 위해서는 이 스크린 인쇄용 페이스트와 마스크 재료 개발이 산업의 핵심이 되겠습니다. 

 

의의와 중요성 정리

태양광 발전 단가는 2020년을 기점으로 다른 모든 발전에너지 중 가장 경쟁력 있는 가격대로 조정이 되었습니다. 이에 반해 태양전지와 전지 모듈 시장의 성장률은 연간 20%대 이상으로 성장을 기대해 볼 수 있는 주요 산업이 되었습니다. 하지만 코로나19의 영향과 태양광 발전 관련 제품들의 단가 하락으로 관련 기업들의 수익성이 악화되는 등 어려움을 겪고 있습니다. 2030년까지 태양광 단가는 지금보다 더 낮아질 거라는 에너지 경제연구원의 전망까지 나오게 되었습니다. 태양광 전지 기술 중 실리콘 태양전지용 금속페이스트와 스크린 마스크 기술은 업계에서 진입장벽이 상당히 높은 수준의 기술입니다. 그러한 이유로 글로벌 경쟁에서 뒤처지지 않도록 산업계와 정부가 주도하여 시장을 견인해야 합니다. 지금처럼 소재 분야의 국내 기업들의 어려움이 지속될 경우 산업의 발전이 저해되며 글로벌 경쟁사들과의 경쟁에서 밀려 소재를 해외에서 의존하게 되면 기업의 경쟁력이 연쇄적으로 약해질 수밖에 없게 됩니다. 전극개발의 미세화 공정은 이 산업에서 최상위 기술이며 국개 경쟁력을 높이기 위해 국내 업계의 관심과 개발이 지속되어야 합니다. 실리콘 태양전지 기술은 형태별로 다양하며, 현재 상용화되는 후면 점 접촉 구조 방식의 PERC 태양전지 기술이 있겠습니다. 고도화된 기술집약접 산업이기 때문에 현재로서는 은기반의 페이스트 다양한 형태의 전지 기술 적용에는 어려움이 있으나, 다양한 제품에 적용학 위한 기술들이 연구되고 있습니다.

 

밸류체인과 분류

 

태양광 발전의 밸류체인을 전방산업부터 후방산업까지 정리해 보겠습니다. 전방산업으로는 태양광 전지 제조 유통업 등이 있겠으며 헤드라이트 산업으로는 은 파우더, 페이스트, 스크린 인쇄 마스크 산업이 있습니다. 후방산업으로는 유리, 인버터,  시스템 구축 산업 등이 있습니다. 전방산업의 경우 중국에서 이미 가격공세로 시장을 주도하고 있습니다. 태양광 업계들은 중국계에 위협을 받고 있으며 국내에서는 소수의 업체만이 경쟁을 이어가고 있습니다. 헤드라이트 산업인 페이스트 산업의 경우 은 파우더 또한 해외에서 수입하는 상황입니다. 용도별로는 태양전지의 전면 전극과 후면 전극으로 분류가 됩니다. 실리콘 페이스트는 은과 알루미늄 소재의 구분으로 기술적인 특성이 나뉩니다. 은기반의 페이스트는 기술력이 고도화되어 있어 기술력에 따라 다양한 제품이 개발됩니다. 구조에 따라 전극의 특성과 소성온도 등의 상이함으로 기술력의 중요성을 파악할 수 있습니다.