태양광산업 선도하는 한국에너지기술연구원 태양광연구실

산학연 협동 주도하는 종합연구기관으로서

태양광기술 융합과 시너지 창출

하 상 범 기자

KIER 태양광연구실은 지난 1978년부터 지금까지 국내 태양광발전기술과 관련된 모든 가치 사슬 기술을 선도적으로 연구개발함과 동시에 인증제도 및 보급 등 다양한 정책에 참여하면서, 국내 태양광발전산업 성장에서 핵심적인 역할을 수행해왔다.

KIER 태양광연구실은 30년 이상 KIER과 함께 해왔으며, 태양광산업의 흐름과 함께 그 역할과 기능을 달리해 왔다.

연구개발 초기에는 국내에서 KIER만이 유일하게 PV 연구그룹을 가지고 3인치 웨이퍼를 이용한 결정질 실리콘 태양전지 및 모듈 개발을 시작했다. 이를 바탕으로 선진 제품에 대한 실증연구 등을 수행하기 시작했으며, 1990년대에는 비정질 Si 및 CIS계 박막 태양전지 연구와 함께 태양광발전시스템에 대한 체계적인 연구를 시작했다.

KIER 윤재호 태양광연구실장은 “2000년대로 접어들면서 CIGS 박막 태양전지 분야에서 선진국 수준의 성과를 얻었고, 결정질 태양전지, 모듈, 인버터, 시스템 등 모든 가치사슬 기술에 대한 연구를 체계적으로 수행해 명실상부한 PV 전문 연구그룹으로 부상했으며, PV에 대한 관심이 증대되고 연구 그룹 및 관련 업체 수가 증가함에 따라 PV 연구개발 허브로써의 역할을 수행하게 됐다”고 설명했다. 그는 이어서 “최근에는 심화되는 경쟁 속에 독자적인 기술개발 요구에 부응하기 위해 상용화를 위한 핵심 기술과 차세대 원천기술개발에 노력하고 있다”고 말했다.

PV 연구개발의 허브, KIER 태양광연구실

현재 KIER 태양광연구실의 연구 분야는 크게 태양전지 관련 연구, 시스템 관련 연구, 측정 및 성능평가 관련 연구의 세 분야로 나누며 국내 최고수준으로 선진국과도 충분히 경쟁 가능한 기술력을 확보하고 있다.

태양전지 관련 연구로는 결정질 Si 태양전지, 박막 Si 태양전지, CIGS 화합물 기반 박막 태양전지, 염료감응형 태양전지, 차세대 태양전지, PV 모듈 제조 등에 관한 연구가 수행되고 있으며, PV 시스템 관련 연구로는 PCS(Power Conditioning System), 시스템 최적화 및 진단 등이 이뤄지고 있다. 아울러, 태양전지 및 모듈, 시스템에 대한 성능 측정 및 특성 평가가 국제 협력을 통한 교차 비교 연구와 함께 진행되고 있는데, 이러한 태양광 관련 연구를 위해, 100여명 이상의 인력이 힘을 합치고 있다.

KIER의 태양전지 기술 분야는 크게 박막 태양전지와 결정질 Si 태양전지 분야로 나눌 수 있다. 박막 태양전지로는 화합물 및 Si 박막 태양전지와 염료감응형 태양전지를 주로 개발하고 있는데, 화합물 박막 태양전지 분야는 동시진공증발공정, 스퍼터링 기반, 비진공 방식 등을 이용한 CIGS 광흡수층의 제조, Mo 후면전극/CIGS/완충층/창층/금속전극으로 이뤄지는 태양전지 구조 및 각 단위박막과 계면 최적화를 위한 광학적·전기적 특성 분석 등의 연구를 수행 중이며, 이를 통해 축적된 연구결과 및 노하우를 기업에 이전해 상업화를 추진하고 있다.

Si 박막 태양전지의 경우, 다중접합 Si 박막 태양전지, a-Si:H/c-Si 이종접합 태양전지뿐만 아니라, Si 나노입자 및 양자점 태양전지에 대한 연구를 진행해왔으며, 2000년대 중반부터 연구를 시작한 DSSC의 경우, 이온성 액체전해질 및 유연 금속전극 연구에 주력해, 그 연구결과로 파생된 노하우 및 특허에 기반한 기술 이전을 통해 중소기업들의 발전에도 기여한 바 있다.

KIER 태양광연구실은 이외에도 다양한 구조의 태양전지 제작을 위한 RIE(Reactive Ion Etching)를 이용한 표면조직화, 나노 구조의 표면조직화, 레이저 패터닝(Laser Pattering), 다양한 도핑공정, 적층형 박막 연구 등을 수행 중이며, 태양전지뿐만 아니라 모듈에 있어서도 구성 재료 및 구조, 제조장비, 건물일체형 모듈 제조기술 등을 개발해, 노하우및 다수의 지적재산권을 보유하고 있다.

PV 시스템·측정에서도 독보적 기술력 보유

KIER 태양광연구실은 PV 시스템 분야에서도 지난 20여년간 국내에서 최고의 기술과 독보적 지위를 유지하며, 국내 PV 시스템 분야, 특히 PV 인버터를 비롯한 BOS(Balance of System) 분야에도 크게 이바지했다. 윤 실장은 “2000년대 중반에 국내 최초로 MW급 분산 및 집중형 PV 시스템에 대한 연구를 진행해 현재의 대규모 PV 시스템 분야의 시초를 마련했으며, IT와 연계한 시스템통합(SI)까지 토털 솔루션 제공, PV 시스템의 장기 성능 및 품질보증, 수명이 다할 때까지 최대성능을 유지시키기 위한 모델링, 성능예측, 성능진단, 고장검출 진단 및 전력공급 안정화를 위한 네트워크 최적화 기술개발 등의 연구 과제를 수행하고 있다”고 말했다.

KIER 태양광연구실은 측정 분야에서도 국내 최고 기술을 확보해 측정 서비스를 수행하고 있다. 윤 실장은 “태양전지의 효율은 입사되는 빛의 세기와 파장 분포에 큰 영향을 받기 때문에 입사광의 특성을 국제 표준에 합당하도록 설정하고 관리하는 것이 매우 중요하다”면서, “일반적으로 기준 태양전지를 이용해 인공광(Solar Simulator)을 보정하는 방법이 사용되고 있는데, 국내에선 그동안 기준 태양전지를 교정하는 기술 및 기관이 전무했었기 때문에 국내 기관들이 새로 기준 태양전지를 구입하거나 일정 시간 사용 후 다시 교정하기 위해서 반드시 외국기관에 의뢰해야 하는 어려움이 있었다”고 설명했다.

이런 어려움을 해결하기 위해 KIER 태양광연구실은 다년간의 노력을 통해 1차 및 2차 기준 태양전지 교정 기반 기술을 확보했으며, 해외 선진기관과의 교차 비교·평가를 통해 높은 수준의 정밀도를 확인했다. 윤 실장은 “KIER 태양광연구실은 국내 태양광 유관 기관의 기준 태양전지 교정서비스를 수행 중이며, 이외에도 태양전지 및 모듈의 측정 표준을 관장하는 국제기관인 IEC(International Energy Agency) 산하 TC82 미팅에 한국 대표로 지속적으로 참여하면서, 국내 측정기술의 수준 향상에도 이바지하고 있다”고 소개했다.

KIER는 소재, 모듈, 시스템 등 태양광기술의 전 가치사슬을 망라하는 전 영역의 기술개발뿐만 아니라 인증 및 인력개발까지 아울러 산학연 협동의 허브가 되는 종합연구기관으로써 태양광기술을 위한 융합과 시너지 창출을 도모하고 있다.

윤 실장은 “KIER는 태양전지 모듈의 인증시험 및 성능과 내구성 평가, 인버터 인증시험 및 시스템 성능진단과 관련한 꾸준한 연구개발을 통해 우수한 기술을 보유한 시험기관으로 자리 잡았으며, 2009년에는 미국 UL(Underwriters Laboratories)과 MOU를 체결해 KIER에서 이뤄진 시험 결과를 토대로 국내기업의 UL 인증마크 취득이 가능해졌고, 이후 국내에서 유일하게 UL에서 인정한 시험기관으로서 지속적으로 국내 중소기업과 대기업의 해외인증 취득에 도움을 주고 있다”고 소개했다. 그는 이어서 “태양광 인력양성 프로그램 개발 및 국내외 산학연 협동을 통해 융합과 시너지 창출, 태양광 관련 중소기업의 지원 및 협력을 위한 태양전지 단위공정의뢰 수행, 태양전지 재료특성 분석을 위한 태양전지 제작 및 특성 평가 등의 업무 등도 KIER가 앞장서 지원하고 있다”고 말했다.

향후 태양광산업 핵심 이슈는

고효율·저가화 통한 가격 경쟁력 확보

윤재호 실장은 “현재 태양광산업이 겪고 있는 위기상황은 수급불균형에 의한 일시적 현상으로 생각된다”면서, “태양광 시장은 2000년 이후로 연평균 40~50% 성장률을 기록하고 있으며, 세계 각국의 신재생에너지 보급이 활발히 이뤄지고 있기 때문에 이러한 성장세는 계속적으로 유지될 것으로 전망된다”고 말했다. 그는 “다만, 산업적으로 단기간에 너무 많은 기업들에 의한 과잉투자가 이뤄져 공급과잉이 일어났지만 현재 구조조정이 이뤄지고 있으며, 많은 조사기관들에서 올해 안에는 현재 겪고 있는 수급불균형이 거의 해소될 것으로 전망하고 있고, 올해부터 시장 회복 및 확대가 더욱더 가속화 될 것으로 전망된다”고 내다봤다.

윤 실장은 “태양광발전은 화석연료를 사용하는 발전방식과 경쟁해야 하기 때문에 기업이 성장하고 시장이 성숙되기까지는 정부의 지원이 어느 정도 필요하다”면서, “정부는 정책적으로 태양광산업이 자생적으로 성장할 수 있는 기반이 마련될 수 있도록 지원할 필요가 있다”고 말했다.

그는 “다가올 태양광산업 시장확대기에 국내 업계가 세계 시장에 진출하기 위해서는 가격경쟁력 확보가 필수적이 될 것”이라면서, “가격 경쟁력 확보는 결국 고효율·저가화에 달려있으며, 이를 위한 기술개발이 앞으로 태양광산업의 핵심 이슈가 될 것”이라고 전망했다.

윤 실장은 “이를 극복하기 위해서는 핵심원천기술의 확보가 반드시 필요하며, 초박형 결정질 실리콘 태양전지, 차세대 박막 태양전지 등과 같은 기술 분야에 있어서 통합형 R&D 추진을 통해 국내의 R&D 역량이 집결돼 부품, 소재, 장비 분야 중소/중견 기업들의 성장을 이끌도록 해야 한다”고 강조했다.

SOLAR TODAY 하 상 범 기자 (st@infothe.com)

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