일본에 의존하고 있었던 핵심 부품 소재의 국산 대체제 가지게 돼
실리콘 기판 아닌 친환경의 값싼 PET 플라스틱으로 대량 생산 가능
인쇄전자 기술 코스닥 상장사 (주)쎄미시스코(現, 에디슨EV)에서 인쇄전자 사업부문으로 분사한 기술 중심 스타트업, 메타솔이 둘둘 말리듯 연속해 생산이 가능한 새로운 태양전지 제조기술 개발에 성공했다고 9일 밝혔다.
메타솔은 한양대학교, 한국과학기술원(KIST), 태양광 모듈 신뢰성 시험 기관 KCL(한국건설생활환경 시험연구원) 등 관련 연구 기관들과 협력해 유기 태양전지용 투명전극 소재와 공정 개발을 통해 새로운 태양전지 제조기술을 개발했다.
일반적으로 실리콘 기판을 사용하는 태양전지는 복잡한 공정을 거쳐야 하기 때문에 실리콘 기판에서 태양전지 원가에서 가장 큰 비중을 차지한다. 실리콘 기판은 특성상 만들 수 있는 크기에 한계가 있어서 대형 태양전지판을 만들기 위해서는 작은 기판들을 조각조각 붙여야 하는데 해상, 유휴농지, 비탈지, 주택·건물 옥상 등에 설치돼 있는 태양광 패널들처럼 직사각형 판지 모양으로 만들어질 수밖에 없다.
반면, 플라스틱을 기판으로 이용하는 태양전지는 실리콘 기판에 비해 가격이 매우 저렴하며, 딱딱한 실리콘 기판과는 달리 대면적 연속 생산이 가능해 두루마리 벽지같이 둘둘 말아가며 손쉽게 제작할 수 있다는 것.
"대면적은 물론이고, 휘어지거나 구부릴 수 있으므로 곡면 건물의 외부 벽면이나 빌딩·아파트 유리창에 쉽게 부착해서 전기를 얻을 수 있고, 아웃도어 레저용품 등 다양한 제품에도 사용할 수 있다"
이런 여러 장점에도 태양전지의 전기 회로를 만들고 대면적으로 연속 생산을 할 수 있는 공정기술이 실리콘 기판보다 기술적 난도가 높아서 상용화에 어려움이 있었는데 메타솔은 지난 4년간 산업통상자원부 지원 국책 과제인 ‘부품소재개발과제’의 하나로 정부 지원금 약 27억원 포함해 총 37억원을 투입해 이 기술을 개발했다.
비용이 비싼데다 수입(특히 일본)에 절대적으로 의존하고 있는 인듐 주석 산화물(ITO)을 은나노 와이어, 그래핀 등 국산 재료를 개발해 대체했다. 메타솔은 나노금속 물질을 잉크로 만들어 인쇄한 뒤 이를 제논램프의 강력한 빛으로 소결하는 광소결(IPL, Intense Pulsed Light) 장비를 국내 순수기술로 독자 개발해 태양전지 제조공정에 적용한 바 있다고 설명한다.
핵심 소재를 일본에 의존하고 있었던 핵심 부품 소재의 국산 대체제를 가지게 됐다는 것은 매우 중요한 성과로 평가되며, 실리콘 기판이 아닌 친환경의 값싼 PET 플라스틱으로 대량 생산이 가능해 다양한 제품에 저렴한 태양전지를 사용할 수 있을 것으로 기대된다.
"최종 공인인증기관에 태양전지의 성능과 신뢰성을 시험한 결과, 전지 성능을 좌우하는 투명 전극의 저항값은 일반 ITO 투명 전극의 경우 50~100Ω(면저항)이었으나 메타솔이 개발한 것은 15Ω 이하로 조사됐다. 기존 소재 대비 5배 이상 면저항 성능이 향상된 것으로, 광투과율은 89.6%이며 굴곡 반경 3㎜에 1만회를 접었다 폈다 하는 신뢰성 평가에서도 저항 변화가 10% 이내를 보여 세계 최고 수준의 투명 전극을 개발한 것으로 확인됐다"
메타솔은 광소결을 이용한 인쇄 전자기술을 상용화한 신생 벤처기업이다. 전도성 나노 금속입자나 그래핀을 이용한 잉크 등의 소재제조 기술은 물론, 광소결용 장비 및 관련 공정기술 등을 보유하고 있어 고객의 다양한 제품에 맞춰 원스톱 토털 솔루션을 제공할 수 있다. 이는 반도체, 디스플레이 등 각종 하이테크 디바이스에서 매우 중요한 소재인 ITO를 대체할 수 있는 기술이다.
한편, 메타솔의 대표 기술은 기존 열(Thermal) 공정을 msec~sec 단위의 짧은 시간 동안 광(Light)으로 소결(Sintering), 소성하는 기술로 필름류, 세라믹류, 디스플레이류 등에서 잉크(소재), 광소결 장비(장비) 차원으로 활용되고 있다.
케미컬뉴스 김민철 기자
