유망 신재생 에너지 박막 태양전지 관련 특허출원 증가

국내 박막(Thin Film, 薄膜) 태양전지의 특허출원 건수가 큰 폭으로 증가하고 있다. 특히 ‘고효율’ 관련 특허출원이 지속적으로 많아지고 있어 내용 면에서도 알차다는 평가다.

10일 특허청(청장 이수원)에 따르면, 박막 태양전지 기술 관련 국내 특허 출원(실용신안 포함)은 2005년 이후 모두 416건에 이르며, 해가 거듭할수록 큰 폭으로 늘고 있다. 2005년 12건(2.9%), 2006년 17건(4%), 2007년 35(8.4%)건에 불과하던 것이 2008년 93건(22%), 2009년 137건(33%), 2010년 122건(29%)으로 상승하고 있는 것.

주요 출원인으로는 주성엔지니링 70건(17%), 엘지디스플레이 43건(10%), 엘지전자 36건(9%), 효성 17건(4%) 등으로 나타났다. 내국인의 박막 태양전지 관련 연구개발이 활발하다는 증거다.

주목할 점은 CIGS (Copper-Indium-Gallium-Selenium) 기술 등을 활용, 박막 태양전지의 ‘고효율’을 실현한 특허출원이 2006년 4건, 2007년 6건, 2008년 13건, 2009년 26건, 2010년 26건으로 최근 5년간 지속적으로 증가하고 있다는 사실이다.

▲ 최근 6년간 박막태양전지분야 특허출원동향

그동안 한국의 태양광발전 기술력은 세계적인 추세에 비해 후발주자로 분류되었다.하지만 최근의 특허 출원 흐름이 지속된다면 박막 태양전지 상용화 생산기술 확보는 물론 ‘고효율’ 관련 원천기술 선점도 가능하다는 분석이다.

기술과 시장 양 면에서 주류를 차지하고 있는 실리콘 결정질 태양전지는 ‘고비용·고효율’ 특성을 지니고 있다.이에 비해 박막 태양전지 기술은 그동안 ‘저비용·저효율’에 머물러 왔다. ‘고효율’이 박막 태양전지 기술의 핵심 과제였던 것이다.

때문에 최근의 활발한 특허출원은 국내 기업들의 태양광발전 기술력 수준이 가파른 상승세를 타고 있다는 증거로 해석되고 있다. 한국의 기술력이 더 이상 후발주자가 아니라는 게 전문가들의 진단이기도 하다.

저비용·고효율 박막 태양전지 기술을 한국 기업들이 효과적으로 개척할 경우 세계시장 선점은 물론, 향후 맞닥뜨릴 수 있는 에너지 위기 상황을 여유롭게 극복할 수 있다.

박막 태양전지 기술 향상은 또한 지구 온난화에 따른 환경 파괴, 화석 자원 고갈, 고유가 문제 등을 해결할 수 있는 신재생 에너지원 개발에 청신호가 켜진 것으로 해석된다.

이 같은 현상은 정부가 ‘제9차 녹색성장보고대회’에서 ‘신재생 에너지 발전 전략‘을 통해 2015년 태양광과 풍력산업의 세계 점유율 15% 진입을 목표로 40조원을 투자할 것이라는 계획을 밝힌 데 따른 것으로 보인다.

지식경제부는 신재생 에너지 개발과 관련하여 태양광, 풍력, 바이오, 태양열, 지열, 연료전지 등 6개 분야에서 가장 빠른 성장속도를 예상한 바 있다.

1970년대 초반 태양광발전이 지구상에 도입된 이래 태양광산업은 지난 10년간 매년 30~40% 정도의 높은 성장률을 보였다.

미국 태양광 전문 시장조사기관은 2011년에 세계 태양광 시장의 규모가 지난해보다 25% 성장할 것으로 전망했다. 또 우리나라도 2012년 RPS제도(신재생에너지 의무 할당제)를 도입하기로 함에 따라 각 기업들이 태양광 관련 분야로의 진출에 박차를 가할 것으로 보인다.

현재는 태양광 시장의 85%를 차지하고 광변환 효율이 15~24% 수준으로 비교적 높은 실리콘 결정질 태양전지가 주로 사용되고 있으나 실리콘 기판의 공급이 부족하여 고비용의 한계가 있다.

때문에 앞으로는 저렴한 유리 기판이나 플라스틱 기판에 광전기 물질을 얇게 코팅한 기술인 박막 태양전지에 관심이 집중될 것으로 보인다.

박막 태양전지는 실리콘 태양전지에 비해 제조비용이 적게 드는 반면 광변환 효율은 6~12% 수준으로 비교적 낮다. 또 넓은 설치 면적과 시스템 장치가 요구된다.

박막 태양전지의 종류는 태양전지 패널을 제조하는데 있어서 CdTe 물질을 사용하거나, 비정질 실리콘이나 CIGS (Copper -Indium-Gallium -Selenium)를 사용한 기술 등이 있다.

현재는 대면적 CIGS 박막 태양전지가 낮은 단가와 고효율로 빠른 기술 발전을 보이며 박막 태양전지의 대표 주자로 주목 받고 있다.

CIGS 박막 태양전지 관련 특허출원은 최근 5년간 75건으로서 박막 태양전지 출원 중 18%를 차지하여 다소 저조한 실정이다. 하지만 앞서 밝혔듯이 2006년 4건, 2007년 6건, 2008년 13건, 2009년 26건, 2010년 26건으로 매년 증가하고 있어 전망은 매우 밝은 편이다.