[이투데이-산교타임즈 특약] 32-① CIGS 태양전지 성공열쇠는 ‘인듐 확보’

태양전지서 빛 흡수 재료로 사용 日 솔라프론티어 재작년 제3공장 가동

CIGS 태양전지 성능이 급속히 향상되고 있다. 시판 중인 모듈의 변환 효율도 이미 14%대에 접어들었고 생산 확대로 제조 비용도 크게 떨어졌다. 관건은 빛을 흡수하는 데 빼놓을 수 없는 재료인 인듐의 조달 여부다. CIGS 태양전지의 대량 생산 시대를 맞아 인듐의 안정적 조달이 가능한지에 관심이 집중되고 있다.

인듐은 주로 황화아연·황화납을 포함한 광석에서 산출되는 부드러운 은백색의 금속이다. 다만 인듐은 아연 제련의 부산물로 극소수량만 얻을 수 있어 희소 자원으로 불리고 있다. 인듐은 다양한 산업 분야에서 활용되고 있지만 가장 큰 용도는 플랫 패널 디스플레이에 사용되는 산화인듐주석(ITO)이다.

일본 석유천연가스·금속광물자원기구(JOGMEC)에 따르면 2011년 인듐의 세계 생산량은 640t으로 10년 전의 1.7배 수준으로 증가했다. 최대 생산국은 중국, 한국, 일본 순이다. 한국은 2005년부터 참여했고, 중국은 10년간 생산량이 3배로 늘었다. 한편 2011년 기준 세계 최대 인듐 수입국은 중국을 제치고 한국이 차지했다.

인듐은 ITO 필름, 본딩재, 화합물 반도체, LED, 납재 등을 만드는 데 사용된다. ITO 필름 대부분이 일본에서 제조되기 때문에 일본은 인듐의 최대 수요국이다. 2011년 인듐의 일본 수요는 1082t으로, 80% 이상인 929t이 ITO 필름을 만드는 데 쓰여졌다.

인듐은 가격 변동이 심하다. 인듐 가격은 최근 10년간 등락을 반복했다. 금속 전문 시장조사업체인 메탈뷸레틴에 따르면 1990년대부터 2000년대 초반까지 인듐 가격은 대략 kg당 200달러 이하로 변동됐으나 2003년 이후에는 급변했다. 한국, 대만에서 LCD 패널 생산이 급증한 영향으로 인듐 가격은 계속 올라 2005년에는 1000달러를 돌파했다. 이후 디지털 버블 붕괴와 서브프라임모기지(비우량 주택담보대출) 부실 사태, 리먼 쇼크 등 불황이 연달아 터지면서 2008년 말에는 400달러대까지 급락했으나 2009~2011년에는 가전수요가 증가하면서 다시 올라 2011년 초에는 800달러대에 올라섰다.

인듐 가격은 이후 다시 하락하는 듯했으나 중국에서 인듐 사재기가 강해지면서 2012년 후반부터 가격은 다시 반등해 현재는 600달러선에서 움직이고 있다.

중국에서 일본으로 수입되는 인듐의 양도 2012년에는 3분의 1로 급감했으나 중국 국내에서는 인듐 소비가 거의 없기 때문에 최근에는 현지에서 재고가 늘어나고 있다는 지적도 있다. 쌓인 재고가 한꺼번에 시장에 풀리면 가격이 폭락할 가능성도 배제할 수 없다.

인듐을 광흡수 재료로 사용하는 CIGS 태양전지의 상황은 어떨까. CIGS 태양전지는 일본, 미국, 독일에서 연구가 활발하게 진행돼 한때 각국에서 벤처 붐이 일었다. 하지만 최근 태양전지 가격 하락으로 인해 많은 CIGS 태양전지 업체가 파산하거나 매각에 직면하고 있다.

이런 상황에서도 GW급 생산 규모를 자랑하는 일본의 솔라프론티어는 남다른 실력을 과시하고 있다. 솔라프론티어는 2007년부터 상업화를 시작, 2011년에는 900MW 규모의 제3 공장이 가동에 들어갔다. 일본 국내 수요가 왕성해 현재는 1GW의 생산 라인이 전면 가동되고 있다.

CIGS의 성막방법은 크게 동시증착법과 셀렌화법이 있는데, 솔라프론티어는 금속 프리커서 형성 이후 고온소성으로 결정 생성하는 셀렌화법으로 CIGS 박막을 제조하고 있다. 솔라프론티어는 성막 프로세스 개선 등에 힘입어 2017년까지 모듈 비용을 절반으로 줄일 계획이지만 한편으로는 연간 10GW 이상의 생산체제 구축을 통해 보다 저렴하게 풍부한 재료를 이용하는 CZTS(구리·아연·주석·황) 태양전지 개발에도 힘을 기울이고 있다.

인듐을 사용한 CIGS는 어느 수준까지 생산을 확대할 수 있을까. 가장 중요한 것은 인듐의 양이다. 현재 1GW급 CIGS 태양전지에서는 20t의 인듐이 쓰인다. 10GW급 CIGS 태양전지에는 200t의 인듐이 필요하다는 계산이 나온다

일본 최대 인듐 공급업체인 도와(DOWA)그룹은 리사이클을 적극적으로 실시하고, 변환 효율 향상과 발전층 박막화로 인듐 사용량을 줄일 수 있다고 보고 있다.

희소자원으로 투기의 대상이 된 이상 인듐의 가격 급등 우려는 수그러들지 않지만 모듈 비용 전체에서 차지하는 CIGS 광흡수층의 원료 비용이 7% 정도라고 하면 CIGS 태양전지의 생산에 별다른 지장은 없을 것으로 보인다.

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