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한국화학연구원_김희영 책임연구원 개요 태양광발전산업의 근간을 이루면서 태양광을 전기에너지로 전환하는 태양전지의 기판 대부분은 다결정상태의 초고순도의 실리콘소재(폴리실리콘)으로 제조되고 있다. 향후 화합물반도체나 무정형 실리콘을 이용하는 박막형 태양전지의 활용이 확대될 수는 있지만, 결정형 실리콘소재가 시장을 계속 주도해나갈 전망이다. 그런데 전자산업용 웨이퍼에 추가하여 태양전지 기판이라는 새롭고 방대한 수요에 대응하지 못하고 폴리실리콘 제조공장의 증설 및 신규건설에 차질이 빚어짐에 따라 태양전지 기판용 실리콘소재의 공급부족이 예상과는 달리 2010년 또는 그 이후까지 계속될 가능성이 제기되고 있다. 이러한 문제는 기존 메이커들의 폴리실리콘 제조기술 이전 회피와 신규 진출업체들의 기술 확보 어려움에 기인하는 것으로 태양광발전의 경제성을 좌우할 수 있는 폴리실리콘 제조에 관한 기술개발 동향을 파악하는 것은 의미가 크다. 태양전지용 실리콘소재 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 소자인 태양전지(solar cell)에서의 광전효과(photovoltaic effect)에 근거하여 구현되는 태양광발전은 03년부터 06년에 걸쳐 연평균 약 46%의 급성장세를 보이고 있다. 또한 Solarbuzz 발행 2007 Marketbuzz에 따르면 전 세계 시장규모가 06년에 106억 달러(2.2GWp)에 이르렀고, 2011년에는 연 180~310억 달러 범위 내 규모로 성장할 것으로 예상되고 있다. 이와 같은 태양광발전이 신재생에너지와 관련된 대표적인 미래 유망산업으로 부각됨에 따라 태양전지, 모듈 및 시스템의 구성요소와 이에 필요한 재료나 장비의 원활한 공급도 산업적으로 아주 중요해졌다. 태양광발전산업은 <그림 1>과 같이 원료소재인 고순도 실리콘(silicon: 이하 Si) 제조업에서부터 설치 및 서비스업에 이르기까지 여러 단계의 업종이 직렬로 연결된다. 04년까지는 전자급 Si소재(Electronic-grade Si: 이하 EG-Si) 및 반도체 웨이퍼 제조과정에서의 불량품 또는 부산물만으로 태양전지 기판(wafer) 제조에 필요한 고순도의 Si원료, 즉, 태양전지급 Si(Solar-grade Si: SoG-Si)의 공급이 수월하게 이루어져 원료소재의 산업적 위상이나 중요성이 주목받지 못하였다. 그러나 태양광발전 모듈(여러 장의 태양전지 셀이 조합된 발전단위)의 출하량이 급증하면서 원료소재 공급 차질과 가격 폭등으로 Si재료비가 모듈제조 원가에서 차지하는 비중이 20%를 초과하기에 이르렀다. 또한 잉곳/블럭 및 기판 제조업체나 태양전지 제조업체들은 SoG-Si을 확보하지 못하여 조업 가동율을 낮추거나 중단하는 사태가 속출하고 있다. <그림 2>에 정리한 바와 같이 광전효과를 구현할 수 있는 태양전지의 재료 및 구성방식은 아주 다양하여 오래 전부터 사용되어 온, 소위 '1세대 재료'라 폄하되기도 하는 결정형 Si소재 이외에도 박막(무정형 Si 박막 및 화합물반도체 박막) 태양전지 또는 차세대 소재로 알려진 신개념의 소재 및 전지 구성방법도 존재한다.
 [그림 1] 태양광발전산업의 구성
 [그림 3] 원료소재별 태양전지 시장 현황 및 전망 (프랑스 YOLE사, 2007) 이와 같이 다양한 재료와 활용 가능 기술이 서로 경쟁적으로 발전해오고 있다는 점은 앞으로 태양광발전이 신재생에너지를 대표할 수 있는 배경이 된다. Si 기판으로 구성되는 결정질 Si 태양전지는 시장의 약 90% 이상을 차지해오고 있는데 이는 셀 및 모듈공정의 구성, 운전 및 제품생산 돌입이 수월하고 오랜 기간의 건설 및 활용으로 시스템 신뢰성도 높아 여타 태양전지 방식보다 사업적 측면에서 유리하기 때문이다. 물론 <그림 2>에 나열된 신개념 소재 및 셀들의 기술개발 및 사업성 향상이 꾸준히 계속되면서 지금보다 활용 범위가 확대되겠지만 2010년 이후에도 결정형 Si기판 태양전지 방식이 계속 시장을 주도할 것으로 전문가들은 예측해오고 있다. 이러한 전망의 예로서 <그림 3>의 프랑스 시장전문기관 Yole사의 태양전지 소재별 향후 시장전망에 따르면 2009년 10월 전후에 SoG-Si 공급 상의 차질에 따른 일시적인 시장 점유율 변화와 박막형 태양전지의 점유율 확대가 불가피하지만 원료공급 문제가 해소될 것으로 기대되는 2011년 이후에도 Si 기판형 태양전지의 시장지배력은 지속될 것으로 전망되고 있다. 비록 박막 및 화합물반도체 재료에 기초한 태양전지의 제조원가가 상대적으로 더 낮은 것으로 알려져 있음에도 불구하고, 결정형 Si 태양전지와 관련해서도 (i) SoG-Si의 경제적인 제조기술 개발, (ii) SoG-Si 생산공장의 대규모 신증설과 이에 따른 SoG-Si 가격 안정, (iii) Si 기판의 박판화 등과 같이 태양광 피크출력 당 Si재료 소모량 감축기술 개발(12~14 g/W → 6~8 g/W), (iv) 리본법과 같은 신개념의 Si 기판 제조기술 개발 및 실용화 확대, (v) 이중접합 방식 태양전지 활용범위 확대를 통한 고효율화, (vi) 이와 연관된 셀 및 모듈 제조공정의 추가적인 기술개발과 원가절감 등과 같은 노력도 함께 수행되고 있어 <그림 3>과 같은 시장전망이 뒷받침되는 것이다. 그러므로 결정질 Si 태양전지가 당분간 시장을 주도할 수밖에 없는 상황임을 고려하여 본 자료에서는 SoG-Si을 값싸게 제조하려는 기술개발 노력을 정리해 보도록 한다. 태양전지용 Si 기판 제조방법 SoG-Si을 원료로 하여 태양전지 기판을 제조하는 경로는 <그림 4>와 같이 요약된다. Si 결정형 태양전지용 기판은 단결정 (single crystalline) 및 다결정(multi-crystalline) 기판으로 나뉘는데, 단결정 기판에는 Si원소가 특정 방향으로 규칙적으로 배향됨에 따라 무늬를 관찰할 수 없다.(<그림 4> 하단 참조).
 이와는 달리 단결정 미세조각들이 서로 결합되어 있는 것처럼 보이는 다결정 기판은 결정영역에 따라 무늬를 나타낸다. 모듈의 면적을 최소화하기 위해 Si 기판 형태는 보통 정사각형이며 한 변의 크기는 100, 125, 156, 200 mm 등으로 다양하다. 단결정기판이 모듈효율(태양광에너지→전기에너지 전환) 면에서는 약 1%정도 우수하지만 가격 면에서는 다결정 기판이 유리하다. Poly-Si, 즉, EG-Si 및 SoG-Si 제품 모두 <그림 4>(a) 및 (b)와 같이 막대형(rod-type) 또는 입자형(granule-type)으로 각각 생산될 수 있다. SoG-Si을 불순물 오염을 방지할 수 있는 곳에서 고품질 석영재질의 도가니에 용융시킨 다음 반도체 웨이퍼 제조과정과 유사한 단결정 잉곳제조 및 슬라이싱 과정을 거치면 태양전지용 단결정기판을 제조할 수 있다. 한편, 육면체 도가니 내에서 SoG-Si을 녹인 다음 방향성 고형화과정 (다결정 캐스팅과정)을 통해 다결정 구조의 Si 블록을 제조하고 태양전지 셀 크기의 단면적을 갖는 직육면체 블록으로 슬라이싱한 다음 기판 슬라이싱을 거치면 태양전지용 다결정기판을 제조할 수 있다. 현재 대부분의 태양전지는 이러한 잉곳(블럭) 제조 및 슬라이싱을 통해 제조되고 있는데 기판 두께가 180~220 μm가 되게 와이어형 절단기(multi-wire sawing)로 잉곳(블럭)을 수많은 얇은 기판으로 슬라이싱하는 과정에서 약 40% 전후의 Si분말손실(kerp loss)이 불가피하다. 태양광발전산업에 있어서 SoG-Si 부담이 심각해짐에 따라 원료소모량과 분말손실을 줄일 수 있게 Si기판 두께를 150 μm이하로 얇게 하여 SoG-Si 원료 소모량을 9 g/Wp 이하로 줄임으로써, 최근 약 1.0 $/Wp(다결정 기판기준)을 초과하기에 이른 Si기판 가격을 낮추려는 노력이 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 잉곳(블럭)의 슬라이싱과정에 발생하는 Si 분말손실을 보다 근원적으로 배제함으로써 Si 원료소모량을 줄이기 위하여 SoG-Si용융 → 잉곳제조 → 슬라이싱 경로를 대신하여 SoG-Si용융 → 140~160 μm 이하 두께의 리본형 기판의 (반)연속제조 방법이 최근 상업생산에 이용되고 있지만 활용범위는 아직까지 제한적이다. Poly-Si의 품질 상업적으로 현재 생산되어 공급되는 SoG-Si은 결정구조가 다결정 상태이면서 순도가 아주 높은 폴리실리콘(polysilicon) 또는 다결정실리콘(polycrystalline Si: 이하 poly-Si)이다. Poly-Si은 사용되는 목적에 따라 요구되는 품질, 즉, 불순물 함량 면에서 차이가 있어 크게 EG-Si 및 SoG-Si으로 구분될 수 있다. 품질사양은 수요자들마다 차이가 있을 수 있지만 주요 불순물 성분을 기준으로 비교해보면 <표 1>과 같다. 반도체 성질을 제어함에 있어 poly-Si에서는 철저히 배제되어야 할 dopant 불순물성분(B, P 등)의 허용농도가 ppt(1012분의 1) 수준인 EG-Si은 지구상에서 순도가 가장 높은 물질로 알려져 있는데, 이에 비해 SoG-Si의 경우에는 탄소 및 금속불순물 허용 범위가 크게 완화된 편이다. 편의상 poly-Si의 순도를 EG-Si은 11 Nine (11 N)이상, SoG-Si은 6 Nine (99.9999%) 이상이라고 표현하기도 한다. 여기서 유의해야 할 점은 EG-Si에 비해 조건이 덜 까다롭지만 SoG-Si의 순도도 매우 높기 때문에 쉽게 제조할 수 있다고 생각하면 큰 오산이다. 또한 실제 상업적 제조공정도 사실상 동일하여 제조원가의 차이도 <표 1>과 같이 그리 크지 않다. 앞으로 태양광발전 단가를 지속적으로 낮추기 위해서 태양전지의 추가적인 고효율화가 불가피한 점을 고려하면 EG-Si의 역사에서 경험했던 바와 마찬가지로 SoG-Si의 요구사양도 앞으로 점점 더 까다로워질 것이 분명하다. Poly-Si 제조공정 <그림 5>는 07년 현재 기술개발이 진행 중이거나 상업적 활용이 가능한 SoG-Si의 제조경로를 총괄적으로 정리한 것으로 그 내용은 다음과 같다. 04년까지만 해도 <그림 5>의 점선부분과 같이 EG-Si 제조 및 활용과정에서의 부산물만으로 1 GWp/년 이하였던 SoG-Si 수요를 수월하게 충족시킬 수 있었다. 05년에는 poly-Si제조공장의 부분적인 증설과 재고물량의 소진을 통해 더욱 증가하는 SoG-Si 수요를 충당해왔다. 그러나 06년부터는 동일 석출반응기에서 EG-Si보다 높은 생산성으로 값싸게 SoG-Si을 제조할 수 있게 기존 poly-Si 공정설비 및 운전방법을 부분적으로 개선하면서 확립해온 SoG-Si 제조공정을 토대로 기존 메이저업체들은 수요 급증을 고려하여 대규모 증설에 돌입했다. 그럼에도 불구하고 poly-Si 품귀 지속과 뛰어난 사업성을 확신한 많은 신생업체들은 poly-Si 사업진출을 앞다투어 선언하기에 이르렀다. 현재 상업적으로 생산되는 poly-Si의 제조과정은 <그림 5>의 굵은 선 부분에 해당하는 것으로, 보다 상세한 구성 내역은 <그림 6>과 같이 정리될 수 있다. 이에 따르면 6~11 N 이상 순도의 poly-Si은 Si 순도가 약 99% 정도인 금속급 Si(Metallurgical Si: 이하 MG-Si)에서 출발하여 MG-Si → 실란원료 합성 및 정제 (가스화공정) → 실란가스로부터 poly-Si 제조(석출공정) 과정을 거쳐 제조된다.
 MG-Si은 규석/규사(주성분 : SiO2)와 흑연(주성분 : C)을 아크방전로에서 반응시켜 제조되어 현재 약 1.5~2.0 $/kg의 가격으로 판매되고 있다. 중국, 노르웨이 등 전력공급이 수월한 곳에서 제조되는 MG-Si을 출발원료로 하는 가스화공정을 통해 실란원료가 합성, 분리되어 충분히 정제되면 고순도 실란원료가 제조된다. MG-Si의 불순물 종류 및 함량에 따라 합성반응에 차이가 생기므로 MG-Si 선택은 중요하다. 현재 poly-Si 생산공장에서는 삼염화실란(SiHCl3 : 이하 TCS) 또는 모노실란(SiH4 : 이하 MS) 가운데에서 한 가지를 실란원료로 생산하고 있다. TCS는 유동층 또는 이동식 반응기에서 [MG-Si + HCl] 반응으로 합성된다. MS는 유동층반응기에서 [MG-Si + SiCl4 + H2] 반응으로 TCS를 먼저 제조한 다음 Cl원소를 H원소로 추가로 치환반응시켜 제조하거나 [SiF4 + NaAlH4] 반응으로 합성할 수도 있다. 가스화공정에서 제조되는 초고순도의 실란원료로부터 고체상태의 poly-Si을 형성시키는 과정을 Si 석출(deposition) 공정 또는 화학증기증착(Chemical Vapoer Deposition)이라 한다. 실란원료 가스는 고온에서의 수소환원반응 및 열분해반응를 통해 Si원소(미립자)를 생성시키고 이 Si원소(미립자)가 막대(rod) 또는 입자의 표면에서 다결정상태를 이루면서 석출해 나간다. 현재 poly-Si 제조공장에서 활용되는 석출공정에는 (i) 막대형 제품 생산용 종형(bell-jar) 반응기를 이용하는 지멘스(Siemens)석출법과 (ii) 유동층반응기(Fluidized Bed Reactor : 이하 FBR)를 이용하는 FBR석출법 가운데에서 한 가지가 선택되어 활용되고 있다. 이와 같이 실란원료(가스화공정)- Si석출공정이 선택되면 가스화공정 및 Si 석출공정에서 배출되는 부산물 및 미반응 원료가스성분들의 회수, 분리 및 재활용에 필요한 재활용공정이 결정되어 poly-Si 제조공장의 기본골격이 최종적으로 결정된다. 재활용공정은 부산물의 원료화, 폐기물 최소화, 에너지절감, 부산물의 정밀화학 제품화 등과 이러한 조건에 따라 최종 결정되는 경제성(투자비 및 제조원가) 면에서 아주 중요하므로 여타 화학공장 건설과 마찬가지로 경제성 극대화를 위한 공정 최적화가 아주 중요하다. TCS는 제조원가, 저장 및 취급 면에서는 유리하나 석출반응온도(900~1,150℃)가 높고 반응전환율이 제한적이어서 재활용공정의 부담이 큰 단점이 있다. MS는 제조비용과 안정성 면에서는 불리하고 Si석출과정에서 분말생성이 심한 문제가 있는 반면, 가스 부식성 문제가 없고 보다 낮은 온도(600~700℃)에서 전환율이 높은 Si석출이 가능하다는 장점이 있다. Si 석출기술의 진화 실란원료 제조 및 재활용공정은 기존 화학공장의 성격에 부합되는 측면이 강하지만 poly-Si 제조공장만이 지니는 가장 특수한 부분이 바로 Si 석출공정이다. 1960년대 초 반도체산업의 도입기에 <그림 6>에 예시된 bell-jar형 반응기를 이용하여 실란원료로부터 막대형 poly-Si을 제조하는 Siemens 석출공법은 불순물오염을 최대한 배제하면서 소량의 EG-Si을 회분식(batch식)으로 생산하는 데에 초점을 두어 개발되었다. 이 반응기는 청정분위기로 유지되는 석영재질의 bell-jar 내부에 6~7mm 굵기의 가느다란 Si 코어 필라멘트 수 십 세트 각각을 ∩형이 되게 하부의 전극에 고정하여 설치하고 예열기(preheater)로 약 300℃이상 예열시키고 나면 높은 온도로 저항 가열될 수 있고 반응가스(예 : TCS+H2)를 반응기 내부로 공급하면 Si 코어 표면에 Si이 석출되면서 점차 Si의 굵기가 증가하게 된다. Si 석출이 수 일~수 십일 이상 계속되면 Si 막대(rod)의 직경이 약 10~15 cm 정도로 증가하게 되고 반응기 내부에서 직경이 더 증가하기 어려워지면 Si 석출운전을 종료한 다음 막대형 poly-Si 제품을 꺼낸다. 이러한 이유로 지멘스 석출법에 따르면 poly-Si 제조가 연속적이지 못하고 제품을 꺼낼 때마다 조업이 중단되는 배치(batch)방식이라는 단점이 있고 반응기의 빈번한 해체, 제품 회수, 분쇄, 후처리 및 포장과 반응기 재조립에 따른 인력소모도 만만치 않다. 이 밖에 반응기 벽면에서의 Si 석출방지를 위한 반응기 벽면 냉각으로 인하여 지멘스석출법은 SoG-Si 1 kg제조에 약 60~150 kWH 범위의 전력에너지가 소비되고 이에 따른 전력공급설비 부자비 부담도 심각하다. 지멘스석출법 활용 이상 설명한 바와 같이 지멘스석출법은 고순도 Si재료를 생산하기에 가장 이상적이고 기술적으로도 가장 성숙된 공법이어서 미국 Hemlock, 독일 Wacker, 일본 Tokuyama, 미국 REC/ASIMI 등과 같이 기존 메이저업체들이 상업적으로 많이 활용하지만, 장치 투자비 및 제조원가가 높은 단점 때문에 EG-Si과는 달리 SoG-Si을 아주 값싸게 생산하기에는 사실상 부적절한 공법이라 할 수 있다. 그러나 FBR석출공정과 같은 최신 대체 공정기술이 산업재산권을 소유하고 있는 특정 업체에서만 활용할 수 있는 한계성으로 인해 현재 지멘스석출법이 아직까지는 SoG-Si 생산공장의 건설에 가장 많이 활용되고 있다. 90년대 초 미국 Ethyl사(현 MEMC)에서 상업적으로 활용하기 시작한 최신 공법인 FBR석출법은 선택되는 실란원료(TCS 또는 MS)에 따라 반응기 구성 및 운전 방법 측면에서 차이가 있지만 기본적인 특성은 <그림 6>에 요약된 바와 같다. 평균크기가 약 1.0~1.5mm 인 수많은 Si입자들은 반응기내부로 공급되는 가스공급 속도가 일정 수준 이상으로 증가하면 입자들이 움직이게 되어 Si입자들의 유동층이 형성될 수 있다. 또 입자들을 석출온도로 가열시킨 다음 유동층 내부로 반응가스를 공급하게 되면 유동하는 고온의 Si입자 표면에 Si이 석출하게 되고 입자들의 크기가 시간에 따라 점차 증가하게 된다. 이러한 석출과정을 통해 입자들이 커지면 점차 하부로 가라앉게 되어 반응기 하부에 설치된 입자 배출부를 통해 제품입자로 빠져 나오게 된다. 제품입자에 해당하는 개수의 종입자(seed crystal : 크기가 0.2~0.4 mm)가 반응기 상부 또는 하부를 통해 Si입자 유동층 내부로 공급되면 연속운전이 계속될 수 있는데, 연속적으로 배출되는 제품입자는 저장된 다음 곧바로 단결정성장 또는 다결정 캐스팅 공정에 투입될 수 있어서 지멘스 석출법에 비하면 생산성 및 인건비 면에서 크게 유리하다. FBR석출법 또한 불순물 오염이 배제되는 조건 하에서 열손실을 최소화하면서 유동층 내부의 Si입자들만 가열할 수 있다면 지멘스석출법에 비해 전력소모량도 크게 줄일 수 있다. 미국 ASiMI사를 인수한 노르웨이 REC사는 07년에 MS를 원료로 개발된 FBR공정을 토대로 약 9,500톤/년에 이르는 대규모 공장 증설에 착수했다. REC사에 따르면 FBR석출법이 에너지 다소비공법인 기존의 지멘스석출법에 비해 전력소모가 1/5 이하로 줄어들고 제조원가도 최소 30% 이상 줄이는 것이 가능하여 SoG-Si 제조원가 절감을 통한 Si기판가격의 대폭적인 절감이 가능하다. 한편 기존 TCS-지멘스석출법 유형의 poly-Si 공장이 전체 공장의 약 3/4 이상 차지한다는 점을 고려하면 TCS-FBR석출법의 상업적 가치는 아주 크다. 제조가 용이하고 값이 싼 TCS를 실란원료로 FBR석출법을 구현할 수 있다면 TCS-지멘스석출법 또는 MS-FBR석출법보다 더 값싼 SoG-Si의 연속 대량생산이 가능해질 수 있다. 또 MS-FBR석출법에 의한 제품입자 내부에는 수많은 기공이 불가피하게 생성될 수밖에 없다. 반면 TCS-FBR석출법의 경우에는 결정조직이 치밀하고 기공이 없는 우수한 품질의 입자생산이 가능하다. 실란원료가 무엇이든, 입자형 SoG-Si은 물리적 형상의 장점으로 리본법이나 단결정 연속성장과 같이 잉곳/블록 및 기판제조공정의 (반)연속화에 필수적이며 막대형제품보다 활용범위가 광범위할 것으로 기대된다. SoG-Si 대량생산에 있어서 경제성이 가장 우수할 것으로 기대되는 TCS-FBR석출법은 70년대 미국 Texas Instrument사가 EG-Si의 저에너지 연속생산을 목표로 기술개발이 시작된 이후 80년대 부터는 일본과 한국에서도 기술개발이 시작되었지만 상업화에는 이르지 못했다. 다만 94년 한국의 마이크로파가열 FBR석출기술을 이전받아 가열방법 등의 변경/개선을 도모해온 독일 Wacker사가 07년에야 겨우 650톤/년의 상업생산 공장 건설을 발표했을 뿐이다. 이와 같은 TCS-FBR석출법에 있어서 가장 어려운 기술적 장애물은 고온 가열문제, 반응기 생산성 향상 문제, 반응기 내벽면에 누적되는 Si퇴적물 제거와 연속적 석출운전 문제 등이라 할 수 있는데 최근 국내에서는 이러한 문제들을 해결할 수 있는 공정기술을 개발, 실험적 검증을 마치고 현재 파일럿규모의 실증단계에 진입하고 있다. 기타 기술개발 현황 지멘스석출법의 개선, FBR석출공정의 개발에 병행하여 경제성이 보다 높을 것으로 예상되는 다음과 같은 여러 가지 기술개발이 활발히 계속되고 있다: (1) 고순도 원료(SiO2 +C)를 이용한 고순도 Si제조 (<그림 5> 참조) : 순도가 아주 높은 규석(SiO2)과 흑연(C)을 반응시켜 SoG-Si을 곧바로 얻겠다는 목표로 (구)소련 및 노르웨이 등과 같이 고순도 원료가 가능한 곳에서 시도되고 있다. 그러나 얻어지는 SoG-Si 품질이 미흡하여 방향성응고와 같은 추가 정제공정이 필수적이어서 실용화가 늦어지고 있다. (2) MG-Si의 업그레드를 통한 SoG-Si 제조 (<그림 5>참조) : MG-Si의 엎그레이드(정련 및 불순물 제거과정을 망라) 개념으로 UMG(Upgraded MG-Si)을 제조하여 SoG-Si 또는 EG-Si과 섞어 Si기판 제조에 활용하려는 목표가 미국 Corning 사에 의해 06년 실현되었고 현재 품질 향상을 위해 기술개발을 계속중이다. 한편, MG-Si 업체인 노르웨이 Elkem사는 6 N수준의 품질을 목표로 SoG-Si으로 바로 사용 가능한 UMG 제조공장을 1 단계 규모로 현재 건설 중에 있는데 태양전지 고효율화 추세에 따라 6~8 N 이상의 품질이 얻어질 수 있는지 여부와 경제성 확인이 숙제로 남아있다. (3) 일본 Tokuyama사의 VLD(Vapor-to-Liquid) 석출공정 : 고주파에너지로 가열되는 흑연튜브 표면에 흘러내리는 Si 용융액 표면에 TCS로부터 Si을 석출시키는 개념으로 높은 석출온도에서 아주 빠른 Si 석출속도를 구현할 수 있는 장점이 있지만 높은 C 불순몰 농도를 낮추어야 하는 과제가 남아 있다. (4) 독일의 JSSI의 MS-FBR석출법에 의한 Si분말제조법 : 가열되는 관형반응기(Space Reactor) 내부로 MS가스를 공급하고 곧바로 열분해하여 얻어지는 Si 분말들을 재성형하여 SoG-Si로 제조한다는 개념으로 분말 후처리성형이 필수적이고 제품 취급과 도가니 용융에 제약이 큰 문제를 해결해야 한다. 결론 비록 SoG-Si 원료부족으로 인한 Si 기판, 셀 및 모듈가격 인하가 단기적으로 지체될 가능성이 있지만, 태양광발전 가격경쟁력 향상 노력은 지속적으로 계속될 수밖에 없다. 발표된 신증설 계획으로 2010년에 전세계 poly-Si 생산규모가 약 20만톤/년에 육박하면 현재의 가격(장기공급가 60~100 $/kg : 스팟시장 100~300 $/kg)상의 왜곡사태가 정상화되거나 제조원가수준(30~40 $/kg)로의 가격폭락이 쉽게 예상되기도 한다. 그러나, SoG-Si 공급확대 ⇒ Si소재 가격하락 ⇒ 셀, 모듈 제조 및 설치비용 하락 ⇒ 태양광발전단가 하락 ⇒ 태양광발전 경제성증가 및 수요확대 ⇒ 셀 및 모듈 제조설비 증설 ⇒ SoG-Si 수요 증대 ⇒ SoG-Si 공급부족 및 가격상승 ⇒ SoG-Si 제조공장 증설/신규건설 ⇒ SoG-Si 공급확대의 사이클이 반복적으로 이루어질 가능성도 크다. 그러므로 SoG-Si 제조공장 신증설은 태양광발전산업의 발전과 더불어 꾸준히 지속될 것이고 고품질의 SoG-Si을 보다 값싸게 제조하기 위한 기술개발 노력도 한층 가속화될 것으로 예상된다. 최근 중국, 한국, 러시아, 프랑스, 독일, 일본 등 많은 신규업체들이 poly-Si 공장건설 및 증설을 경쟁적으로 도모하고 있는데 제한된 기술자문 및 설비공급업체에 의존해야하는 이들 업체들은 기존 메이저들보다 뒤떨어진 TCS-Siemens법에 의존할 수밖에 없어 기본적으로 투자비 및 제조원가 면에서 불리하다. 그럼에도 불구하고 태양광발전 보급이 기대 이상으로 확대되면서 SoG-Si 공급부족이 지속되어 투자회수기간이 짧아 부족한 경쟁력에도 불구하고 사업성 면에서 문제되지 않을 가능성도 높다. 만약 현재의 SoG-Si 공급자중심의 시장 환경이 급변하여 치열한 가격경쟁 단계로 진입한다면 기술 및 가격 경쟁력을 갖춘, 생존 가능한 poly-Si 제조업체의 옥석이 가려질 것이 분명한 바, 기술적 대응전략 마련은 신규업체에게 던져진 중요한 과제이다.
<Energy News>
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