내년에 탑콘, 다음엔 탠덤···한화솔루션 '태양광 최강자' 우뚝

큐셀 진천공장서 탑콘 셀 300MW 파일럿 생산

기존 셀보다 1%p 높은 효율, 4월부터 양산 돌입

미국 수출 첨병으로···내년 매출 2조원 돌파 전망

페로브스카이트 기반 차세대 셀, 2026년 6월 양산

셀 제조 공정. 사진=한화큐셀 제공

"한화큐셀은 내년 상반기부터 탑콘 셀의 상업생산을 시작할 계획입니다. 또 기존 셀 대비 최대 2배 이상의 발전 효율을 가진 탠덤 셀 연구개발에 집중해 미래 태양광 시장에서 기술 격차를 통한 글로벌 선도 기업으로 자리매김할 것입니다."

지난 12일 찾은 한화큐셀 진천공장 셀 생산 라인. 웨이퍼의 결함 여부를 확인하는 작업이 한창이었다. 카메라가 결함을 자동으로 검사하고, 문제가 없는 제품에는 '트라큐'가 새겨졌다. 트라큐는 셀마다 생산된 라인과 일자, 자재 정보를 수집해 공정을 최적화하는 데 활용하는 식별 기호다. 자동화율이 100%에 달하는 스마트팩토리인 만큼, 현장에는 모니터로 공정을 확인하는 소수 인력만 근무하고 있었다. 한화큐셀 관계자는 "트라큐로 정확하고 신속한 셀과 모듈의 품질·성능 관리가 가능하다"며 "장기적으로는 제품 신뢰성을 보증하는데 도움이 된다"고 말했다.

결함 검사를 마친 웨이퍼는 표면 에칭처리 공정에 돌입했다. 표면을 울퉁불퉁하게 만들어 더 많은 에너지를 흡수할 수 있도록 하는 공정으로, 현재 양산하는 퍽(PERC) 셀 라인 옆에는 차기 셀인 탑콘 셀의 파일럿 라인이 마련돼 있었다. 곧바로 P형 웨이퍼에 N층을 깔아주는 확산 공정이 이어졌다. 이 공정은 전자가 P극과 N극을 오가며 전력을 생산할 수 있도록 만들어주는 공정인데, 기존 셀과 탑콘 셀의 공정은 동일하지만 사용하는 케미칼에 차이가 있어서 라인을 구분해 뒀다.

이후 ▲셀 후면에 반사막을 깔아 셀 안쪽으로 빛을 재반사시켜 효율을 높이는 RP막 형성 공정 ▲셀 표면에서 빛이 반사되지 않고 흡수되도록 코팅을 해주는 반사방지막 형성 공정 ▲셀에서 생성된 전기의 이동 통로를 만드는 전극 형성 공정 ▲전압과 전류, 직렬저항, 병렬저항, 외관, 효율 등을 검사하는 공정 순으로 진행됐다.

한화큐셀 셀 제조 라인. 사진=이세정 기자

한화솔루션 큐셀부문은 오는 2023년 4월부터 퍼크 셀보다 효율을 1%포인트(p) 향상시킨 탑콘 셀을 생산하고, 2026년 세계 최초로 차세대 태양광 기술인 페로브스카이트 기반 탠덤 셀을 양산하겠다는 '기술 로드맵'을 공개했다. 10년 이상 태양광 셀 기술에 대한 지속적 투자로 확보한 역량을 앞세워 차세대 제품을 생산해 '글로벌 톱 티어'로서 기술적 우위를 유지하겠다는 전략이다.

현재 세계 태양광 시장의 90% 이상을 차지하는 퍼크 셀은 후면에 반사막을 삽입해 빛을 반사시켜 발전 효율을 높인 제품으로, 평균 효율은 약 23%다. 반면 탑콘 셀은 셀에 얇은 산화막을 삽입해 기존보다 발전 효율을 높인 것이 특징이다. 한화큐셀이 작년 11월부터 연간 300메가와트(MW) 용량의 파일럿 라인을 가동 중인 탑콘 셀은 효율이 약 24.4%다. 셀 효율이 올라가면 모듈 설치 면적 대비 전력 생산량이 늘면서 작은 면적에서도 많은 전력을 생산할 수 있다.

한화큐셀은 글로벌 경쟁사에 비해 탑콘 셀 개발이 약 3년 정도 뒤쳐졌지만, 셀 효율과 제조 비용에서는 이미 경쟁력을 확보했다며 자신감을 보였다. 양병기 큐셀부문 개발팀장은 "탑콘 셀 재료비 가운데 웨이퍼와 실버전극 등 금속이 원가에서 차지하는 비중이 높은데, 경쟁사는 한화큐셀보다 약 30% 많은 원재료 비용을 투입하고 있다"면서 '유지보수비나 장비투자비 역시 한화큐셀이 상대적으로 제조원가 우위를 차지하고 있다"고 설명했다. 이어 "탑콘셀은 기존 퍼크 셀 생산라인을 전면 교체하는 것이 아닌, 기존 공정에 4~5개 공정만 추가하면 운영이 가능하다"며 "고효율을 달성하는 것은 물론 투자비도 상당히 줄일 수 있어 원가비 절감 효과가 크다"고 강조했다.

한화큐셀 진천공장.

한화솔루션은 지난 5월에 총 1800억원을 투자해 국내 공장의 셀 생산 능력을 기존 연간 4.5기가와트(GW)에서 5.4GW로 확대하는 계획을 발표했다. 이 중 1300억원이 탑콘 셀 양산을 위한 라인 전환과 설비 도입에 쓰일 계획이다. 이에 따라 내년부터는 연간 3.9GW의 퍼크 셀과 1.5GW의 탑콘 셀 생산이 가능하다. 한화큐셀 최경덕 운영팀장은 "탑콘 셀 제조 공정은 기존 퍼크 셀 제조공정과 호환성이 높아, 이미 대규모 퍼크 셀 제조라인을 보유한 진천공장에서 제조하기에 적합한 제품이다"고 설명했다. 한화큐셀은 내년 상반기 양산 예정인 탑콘 셀을 활용해 연간 20~30%의 성장이 예상되는 미국 태양광 시장을 집중 공략할 계획이다. 이에 따라 진천사업장의 태양광 수출액은 작년 1조2000억원에서 올해 약 1조7000억원, 내년에 2조원을 훌쩍 넘어설 것으로 예상된다.

특히 최근 미국에서 태양광과 풍력 등의 미국 내 재생에너지 시장을 확대하는 내용이 포함된 산업 진흥 정책인 IRA(인플레이션 감축법)가 통과됐다. 미국 조지아공장이 내년 하반기에 3.1GW(현재 1.7GW)의 모듈 생산량을 확보하게 되는 한화큐셀 입장에선 IRA 수혜에 따라 새로운 성장 모멘텀을 맞을 전망이다.

한화큐셀이 연구 중인 페로브스카이트-결정질 실리콘 탠덤 셀 시제품. 사진=한화큐셀 제공

한화큐셀은 탑콘 셀 다음도 준비하고 있다. 탑콘 셀의 효율은 25% 정도로 예상되는데, 이 이상을 달성할 수 있는 신개념 셀이 바로 '탠덤 셀'이다. 탠덤 셀은 상부 셀과 하부 셀을 연결해, 상부 셀에서는 페로브스카이트가 자외선이나 가시광선 등 단파장의 빛을 흡수하고, 하부셀에서는 실리콘이 적외선 등 장파장의 빛을 흡수한다. 위아래 층에서 서로 다른 영역대의 빛을 상호 보완적으로 흡수해 효율을 극대화하는 방식이다. 페로브스카이트는 광물이기 때문에 원재료가 저렴하고, 실리콘 대비 빛 흡수율이 높아 동일한 양으로 훨씬 많은 양을 생산할 수 있다는 장점을 가진다. 이론 한계 효율은 44%인데, 실제 양산시 효율이 35%에 달할 것으로 추정된다.

한화큐셀은 글로벌 시장에서 가장 앞선 탠덤 셀 기술을 확보했다고 자부한다. 이미 올해 3월에는 독일 헬름홀츠 연구소(HZB, Helmholtz-Zentrum Berlin)와 협력해 최대 28.7% 효율의 기록한 탠덤 셀을 개발해 자체 최고 효율을 기록하기도 했다.