[현장] “공정데이터 AI 분석으로 성능 극대화, 불량률 최소화”…차세대 태양전지 개발 심장부를 가다

▲한국에너지기술연구원 태양광기업공동활용연구센터 전경. 사진= 이원희 기자

대전 국제과학비즈니스벨트의 한 시설에서는 국내 태양광 산업의 기술 경쟁력을 한 단계 끌어올리기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 지난해 3월 준공된 태양광기업공동활용연구센터다.

지난 22일 찾은 연구센터 내부는 연구실이라기보다 실제 태양전지 공장에 가까웠다. 에어샤워를 지나 클린룸에 들어서자 웨이퍼들이 자동화된 제조 라인을 따라 이동하고 있었다. 실리콘, 웨이퍼는 여러 공정을 거치며 셀로 완성되고 이후 모듈 라인에서 실제 상용 제품과 동일한 방식으로 조립된다. 태양광 모듈의 태양광 발전설비 부품의 최종 완성품이다.

▲대전 에기연 태양광기업공동활용연구센터에서 연구 중인 태양광 웨이퍼(왼쪽)와 완성품인 모듈의 모습. 사진= 이원희 기자

연구센터는 연면적 약 2400평 규모로 50메가와트(MW)급 태양전지 제조 라인과 100MW급 대면적 태양광 모듈 파일롯 라인을 갖췄다. 셀·모듈 제조는 물론 신뢰성 평가, 소재·부품·장비 검증까지 한 공간에서 이뤄지는 것이 특징이다.

특히 이곳에는 현재 세계 시장 점유율 70% 이상을 차지하는 퍼크(PERC) 태양전지뿐 아니라, 차세대 주력 기술로 꼽히는 이종접합(HJT) 태양전지 제조 라인도 구축돼 있다. HJT 태양전지는 실리콘 태양전지를 기반으로 고효율 구조를 구현할 수 있어 실리콘과 페로브스카이트 태양전지를 접합하는 탠덤 태양전지의 하부 셀 기술로 주목받고 있다.

탠덤셀은 단일 접합 태양전지의 효율 한계로 꼽히는 22%를 넘어 목표 효율 35% 수준의 초고효율 상용화를 좌우하는 핵심 기술로 글로벌 기업 간 경쟁이 치열한 분야다.

▲대전 에기연 태양광기업공동활용연구센터에서 로봇팔들이 셀 제조 시연에 사용되고 있다. 사진= 이원희 기자

현장에서 만난 센터 관계자는 “이곳 장비들은 대부분 양산급으로 구성돼 있어, 기업이 개발한 공정이나 장비를 실제 공장에 투입하기 전 전 주기 검증이 가능하다"고 설명했다. 시간당 약 2000장 규모의 처리 능력을 갖춘 자동화 라인은 연구용 실험을 넘어 양산 조건에서의 공정 안정성과 수율을 점검할 수 있도록 설계됐다.

연구센터의 또 다른 강점은 데이터 기반 공정 최적화다. 웨이퍼마다 고유 인식번호를 부여해 공정 전 단계에서 색상, 박막 두께, 광발광(PL) 특성 등의 데이터를 축적한다. 이 데이터는 서버로 실시간 전송돼 공정 이상 감지와 효율 개선에 활용된다. 연구진은 “공정 데이터가 쌓일수록 인공지능(AI) 기반 공정 최적화 가능성도 커진다"고 강조했다.

센터 관계자는 “차세대 태양전지 효율이 현재 22% 수준에서 35%까지 올라가면 같은 면적에서 훨씬 많은 전력을 생산할 수 있다"며 “중국과의 가격 경쟁을 넘어 기술 경쟁으로 승부할 수 있는 기반이 마련되는 것"이라고 말했다.

연구센터는 오는 4월 페로브스카이트 공정을 위한 드라이룸과 분석실을 추가 구축할 계획이다. 해당 공정까지 완성되면 실리콘 태양전지를 넘어 탠덤 태양전지까지 아우르는 통합 실증 플랫폼이 구축돼, 국내 태양광 산업의 기술 자립과 글로벌 경쟁력 확보에도 속도가 붙을 전망이다.

이원희 기자 wonhee4544@ekn.kr