태양광 R&D 한마당 FAIR - 태양광 R&D 예산 3,333억 원은 어디에

국가과학기술위원회는 4월 6일 세종대 광개토관 컨벤션홀에서 태양광 R&D 투자 방향 수립 및 연구 성과를 공유하기 위한 '태양광 R&D 한마당 FAIR'를 개최했다. 주제 발표, 포스터 세션, 패널 토론순으로 진행했으며, 주제 발표에서 박진호 지식경제 R&D 태양광 PD(한국에너지기술평가원)가 '태양광 분야 국내외 동향'을, 이해석 신성솔라에너지연구소 소장 · 조길원 포항공대 교수 · 윤재호 한국에너지기술연구원 단장이 '산 · 학 · 연 주요 연구 현황 및 성과'를, 홍재민 국가과학기술위원회 심의관이 '태양광 분야 정부 R&D 투자 방향'을 발표했다. 태양광 R&D 한마당 FAIR는 유럽의 경제 위기와 중국 업체들의 저가 공세로 말미암아 태양광 산업이 난관에 봉착한 시기에 열렸기에 많은 사람의 관심이 쏠렸다. 국가위는 언론의 효율화를 위한 국가출연연구소들의 단일화 필요성을 의식한 듯 출연연 간 중복 연구를 우려한 반면, 출연연마다 태양광은 다학제 연구분야기에 서로 강점 분야를 연구하고 있다고 강변했다. 본지本誌는 태양광 산업의 위기 극복 및 글로벌 경쟁력 강화 방안을 위한 태양광 R&D 한마당 FAIR를 지상 중계한다. 주제 발표자와 패널 토론자의 중복을 피하고자 패널 토론 내용을 담았다.

전세계 태양광 산업은 현재 조정 국면에 돌입했다. 최대 시장인 유럽의 경제 위기로 수요가 준 데다 중국 업계의 공급 과잉으로 태양광 모듈 가격이 폭락했기 때문이다. 태양광 업계는 그 어느 때보다 기술력을 확보하고자 치열한 경쟁을 펼치는 중이다. 가격 경쟁력을 갖춘 메이저급 중국 업체, 고순도 폴리 실리콘 업체, 태양광 발전 사업체는 지속해서 성장하지만, 원가 및 기술 경쟁력이 부족한 업체는 파산(미국 에버그린솔라EvergreenSolar, 스펙트라와트SpectraWatt, 솔린드라Solyndra 등)하거나 수익률이 급락했다.
우리나라 정부의 태양광 분야 R&D 투자 규모는 2011년 국제에너지기구의 태양광 발전 시스템 · 프로그램(IEA PVPS) 기준으로 세계 3위다. 그러나 R&D 투자의 양적 확대와 비교하면 국제 경쟁력을 갖춘 대표 기술 개발과 성과가 미흡하고, 결정질 실리콘은 중국 업체보다 가격 경쟁력이 부족하며, 고효율 실리콘과 차세대 분야 기술은 선진국에 비해 전반에 걸쳐 열세다. 이에 따라 국가과학기술위원회(이하 국과위)는 태양광 산업의 위기 극복 및 글로벌 경쟁력 강화 방안을 모색하고자 '태양광 R&D 한마당 FAIR'를 개최한 것이다.

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"태양광 R&D 한마당이 연구자들 간 네트워크를 형성하고, 새로운 아이디어를 얻는
좋은 축제의 장이 되기를 희망한다"는 이준승 한국과학기술기획평가원 원장(左).
연구자들간 연구과제 및성과를 공유하는포스터세션(右).

"1세대는 끝났으니 2세대 R&D에만
투자해야 한다는 것은 안 맞는다."

태양전지 세대 간 기술 균형을

한화케미칼은 1세대 결정질 실리콘 태양전지를 생산한다. 연구소는 대전에, 메이저 생산 기지는 중국에 있다. 1세대에서 2세대 태양전지로 넘어가면 생산 기지가 꼭 중국에 있을 필요가 없기에 여러 가지를 생각하고 있다.
국가위에서 추진하려는 연구자들 간 개방과 협력을 통한 유사한 연구의 시너지 창출은 필요하다. 태양전지를 기술 분류상 1세대, 2세대, 3세대로 그리고 1세대 내에서 장비, 공정, 재료 기술로 나눈다. 1세대 태양전지만 놓고 봐도 큰 그룹이 된다. 이 부분들이 효과적으로 성과를 내려면, 셀/모듈 · 제조 · 장비 업체를 하나로 묶어 협력하는 방안을 찾아야 한다. 예전에 반도체 분야에서도 시도했는데 어려움을 겪었다. 그러나 반도체와 다르게 태양전지는 기술의 복잡성과 다양성이 훨씬 덜하며, 대부분 비슷한 테두리 안에서 움직이기에 교류와 협력을 통해 충분히 시너지를 낼 수 있다.
어떻게 사업화할 것인가 하는 목표를 설정하는 부분은 현실과 맞지 않다. 20%, 21%, 22%… 식으로, 1% 효율을 올리는 게 상당히 어렵기 때문이다.
중국 업체와 경쟁에서 이기려면 산 · 학 · 연이 함께 사업화를 위한 효율 목표를 설정해야 한다. 또한, 1세대와 2세대 태양전지 기술이 균형을 이뤄야 한다. 1세대는 끝났으니 2세대 태양전지 R&D에만 투자해야 한다는 것은 안 맞는다.

"태양광 산업을 육성하려면 거기에 딸린 전방
산업, 즉 셀 기반 소재 업체에 혜택을 줘야 한다."

태양전지 세대별 맞춤형 투자를

동진세미켐은 1967년 설립했고 발포제와 디스플레이용 반도체 소재를 생산하며 연매출 5,000억 원 정도인 중견기업이다. 지난해부터 터치 패널용 모듈을 생산하며 소재 기업에서 모듈기업으로 탈바꿈하고 있다. 태양전지와 관련해 결정질 실리콘 태양전지에 들어가는 페이스트Paste를 양산해 공급한다. 또한, 염료 감응형 태양전지 모듈 사업화도 준비 중이다.
태양전지를 기술에 따라 세대별로 분류하는데, 그에 따른 맞춤형 투자 전략이 필요하다. 1세대 태양전지는 사람과 비교하면 30대 초반 청년기다. 이 시기는 R&D에 대한 투자비가 아닌 산업화할 수 있는 기반을 다져야 한다. 현재 시행 중인 RPS를 효과적으로 집행한다면, 태양광 산업 발전에 기여할 수 있다. 즉, 1세대는 제도적 지원이 필요하다.
2세대 중 염료 감응 태양전지는 동진세미켐에서 개발 단계를 지나 상용화를 목전에 둔 상태다. 2세대 태양전지는 사회에 발을 내디딜 준비를 하는 대학 3, 4학년생이다. 부모의 도움(정부 R&D 투자)과 기반 마련이 필요하다. 세상에 나오지 않은 신제품을 만들고 새로운 시장을 창출해야 하는 단계다. 이를 위해 서플라이 체인Supply Chain, 실증 단지등 여러 가지 인프라를 구축해야 한다. R&D 투자방향에서 보면, 분산보다 집중 투자가 필요하다.
3세대(유기, 차세대) 태양전지는 10대 후반 20대 초반으로 부모의 도움 즉, 정부 R&D 투자가 절실한 단계다. 연구 주체 간 다수의 중복성이 있더라도 경쟁력을 높이려면 폭넓게 투자해야 한다.
태양광 소재 기업 입장에서 보면, 현재 태양광 산업을 육성하기 위한 정책적 지원이 피부에 와 닿지않는다. 국산 소재를 사용했는지 판단하는 기준이 없다. 단적인 예로, 셀이나 모듈이 국산이냐 외산이냐는 중요하지 않고, 얼마나 설치했느냐에 초점을 맞췄다. 태양광 산업을 육성하려면 거기에 딸린 전방 산업 즉, 셀 기반 소재 업체에 혜택을 줘야 한다.
국산 제품을 사용했을 때 인센티브를 주면, 중소 · 중견기업에 실질적인 도움이 된다.
동진세미켐이 주력하는 염료 감응 태양전지는 현재 모듈 효율이 약 10.1%다. 공개적인 발표를 보면, 소니의 9.9%가 세계 최고 수준이다. 즉, 이 부분에서 동진세미켐이 세계 최고의 기술을 보유했는 데, 상용화하려면 여러 가지 인프라를 구축해야 한다. 주로 소재와 장비를 담당하는 중소 · 중견기업에서 BIPV(건물 일체형 태양광 발전 시스템)와 같은 응용 제품을 만드는 것은 버겁다. 건설 업체와 협력 관계를 구축해야 하는 것 역시 중소 · 중견기업의 힘만으로 부족하다.
동진세미켐은 올해 80억 원을 투자해 염료 감응 모듈 설비 라인을 구축할 예정이다. 부지와 건물을 포함하면 200억∼300억 원이다. 새로운 시장을 창출하고자 중견기업에서 한 가지 R&D 분야에 투자한다는 것은 부담스럽다. 따라서 소재 기업을 키워 나가려면 앞에서 얘기한 전략적인 투자가 필요하다. 그래야만 상용화에 성공하고 산업화에 성공해 세계시장을 주도할 수 있는 제품 개발의 밑거름이 된다.

"중국 업체를 이길 차별화 전략이 필요한데,
소재 · 장비 · 솔라/모듈 업체가 모두 들어가
시너지를 내는 방향으로 접근해야 한다."

현실성 있는 과제 목표를

지금 태양광 시장은 상당한 어려움에 처했다. 이것이 절실하게 와 닿는 중소기업 입장에선 태양광 부분을 끌고 갈지 말지 고민할 것이다. 이제 R&D 방향에 다르게 접근해야 한다. 정부 R&D방향을 조사해 보니 중소기업은 주로 장비에 집중하고, 소재는 일부분이다. 비결정질 실리콘 태양전지 분야 소재와 부품에 대한 연구는 전무한 편이다.
지금은 연구 단계별로 기술 분야를 명확히 구분해 투자해야 한다. 예를 들면 초기 단계는 초고효율 태양전지나 모듈 개발을, 다음 단계는 개발한 태양전지나 모듈을 양산하는 장비와 소재 개발을… 이런식으로 마지막 사업화 단계까지 연계해 진행해야 한다.
정부 과제 결과에 대해 기술 개발 여부로 평가한다. 대형 과제는 개발한 기술뿐만 아니라, 그 기술이 시장에서 얼마만큼 경제적인 가치가 있는지 전문컨설팅 기관에서 평가받아야 한다. 평가하러 다니다 보면 중소기업인 장비 업체와 주관 기관인 태양전지 업체가 같은 과제에 참여했음에도 정작 태양전지 업체에서 그 장비를 사지 않는다. 특히, 결정질 실리콘 태양전지 쪽은 생산 장비를 거의 태양전지업체에서 턴키 방식으로 들여오는데, 장비를 개별적으로 개발하다 보니 전후 공정상 그것을 턴키 라인에 집어넣는 데 문제가 있기 때문이다. 주관 기관에서 구입하지 않으니 중소기업은 장비를 개발해도 써먹을 데가 없고, 해외 판로를 개척하기도 어렵다.
이제 결정질 실리콘 태양전지는 세부 기술별로 연구 개발하지 말고, 밸류 체인Value Chain별로 연계한 대형 과제를 기획해 차별화해야 한다. 과제 목표를 설정할 때 효율을 이전보다 22%, 23%, 24%…
높게 잡는데, 사실 그것이 가능한지 따져보지 않는다. 과제 목표를 현실성 있게 설정해야 한다. 중국업체를 이길 차별화 전략이 필요한데, 소재 · 장비 · 솔라/모듈 업체가 모두 들어가 시너지를 내는 방향으로 접근해야 한다.

"R&D 센터의 집중화가 필요하다.
핵심 역량을 결집해 유기와 차세대 태양전지
분야에 기초 원천 기술을 주도할 수 있는
R&D 허브를 구축해야 한다."

3세대 태양전지에 중장기 투자를

3세대 유기와 차세대 태양전지는 지난해 광전 효율이 심리적 한계선인 10%를 넘었다.
이것은 가능성이 아닌 확실성을 보여줬다는 데 의미가 있다. 따라서 유기와 차세대 태양전지 분야 원천 연구에 대한 중장기적인 투자가 절실하다.
현재까지 지난해 기준으로 3세대 태양전지에 175억∼200억 원을 투자했는데, 우리나라 R&D 투자규모에 비해 작은 편은 아니다. 3세대 태양전지에 대한 효율적인 투자 방향을 고민해야 한다. 현재 연구 주체가 주로 대학과 국가 출연 연구 기관(이하 출연연)으로, 상당히 작은 단위 과제를 진행한다.
시너지를 내려면 첫째, 대형 R&D 사업으로 진행해야 한다. 3세대 태양전지도 소재 · 공정 · 소자素子가 필요한데, 작은 과제로 나누면 따로 움직이기에 시너지를 얻기 어렵다. 둘째, R&D 센터의 집중화가 필요하다. 핵심 역량을 결집해 유기와 차세대 태양전지 분야에 기초 원천 기술을 주도할 수 있는 R&D 허브를 구축해야 한다. 차세대 태양전지 분야는 연구 결과가 빠르게 변하기에 연구 성과와 정보교류가 필요하다. 그러나 개별 과제로 진행하면 정보를 공유하기 어렵다.
유기와 차세대 태양전지는 특히 새로운 소재 기술이 절대적으로 필요하다. 광전 효율이 6∼7%에 머물다가 2, 3년 사이 8∼10%로 급작스럽게 오른 것은 새로운 소재 개발 때문이다. 결국, 소재가 이끌고 지배할 수밖에 없으므로 소재 원천 기술을 개발해야 한다. 따라서 연구 초반부에 R&D 예산을 소재개발에 중점을 두고 투자해야 한다.

"출연연은 대부분 강점을 갖고 연구하기에
중복이라는 것에 얽매이면 중요한 것을 잃는
우를 범할 수 있다."

출연연 중심 R&D 허브 기관을

태양전지라는 큰 키워드를 보니 모두 출연연들에서 진행한다. 국가 R&D예산을 낭비하는 대표적인 분야가 아닌가 하는 의구심에서 이 자리를 만든 게 아닌가 한다. 태양전지는 대표적인 다학제多學際융합 연구 분야이자, 국가 신재생에너지 비율을 높여 에너지 자립도를 높인다는 공공성도 있다. 그리고 관련 산업 발전에 크게 이바지한다. 따라서 출연연에서 진행해야 할 중요한 연구 분야다.
태양전지는 소재, 공정, 제품, 응용 등 여러 분야가 합쳐진다. 그러다 보니 다양한 경계 영역이 존재할 수 밖에 없으며, 그 경계 영역의 키워드는 모두 태양전지다. 출연연은 대부분 강점을 갖고 연구하기에 중복이라는 것에 얽매이면 중요한 것을 잃는 우를 범할 수 있다. 소재, 모듈 이렇게 말하지만, 그 자체는 따로 놀지 않는다. 크게 보면 비슷해 보이지만, 분명 강점을 갖고 연구하는 분야가 있다. 결국, 각 분야 연구자들을 유기적으로 연결해야 하는데, 요소별 강점을 지닌 출연연에서 허브 역할을 해야 한다. 또한, 허브기관에 연구를 집중화하도록 책임과 권한을 주어야 한다. 출연연을 중심으로 허브 기관을 만들면, 국가정책과 산업을 동시에 발전시킬 수 있다.

"출연연은 20, 30년 전 아무도 태양전지에
관심이 없을 때 태양전지를 연구했으며,
앞으로 어떤 굴곡이 있더라도 태양전지를
연구해야 할 집단이다."

R&D 허브 강화와 탑 다운 방식을

한국에너지기술연구원(이하 에기연)은 정부 예산으로 많은 연구를 진행한다. 세금으로 연구하는 에기연의 한 사람으로서 책임감이 무겁다. 여러 연구과제 프로그램에 들어가 연구를 수행하면서 몇 가지 아쉬운 점을 느꼈다. 출연연 중심에서 보면 연구 프로그램이 단편적이면서 단속적斷續的이다. 15개 기관이 많은 연구를 수행하는데, 보기에 따라서 유사 중복이 발생할 수 있다. 그러나 태양전지는 학문의 특성상 중복이 아니다.
또한, 태양전지처럼 단기간에 붐업Boom Up된 형태는 정부 주도로 컨트롤할 수 없는 부분이 존재하는데, 이것은 긍정적인 측면이 많다. 비단 태양전지가 아니라도 향후 새로운 아이템이 갑자기 주목받을 때 충분히 이런 과정을 반복할 수 있다.
따라서 중복 부분을 단순히 부정적으로 보기보다 2008년부터 4∼5년에 걸친 연구 과제로 얻은 인프라와 인력을 소중하게 생각해야 한다.
앞으로 정부 R&D 투자를 어떻게 할 것인가. 여러 가지 상황이 선진국 추격에서 선도하는 기술을 요구한다. 기업들도 특별한 선도 기술 없이는 시장에서 살아남을 수 없다는 공감대를 형성했다. 4∼5년간 국내 연구진의 양적인 팽창을 이젠 질적인 성장으로 바꿔야지 선도 기술을 확보할 수 있다. 이 문제를 해결하고자 R&D 허브를 출연연 중심에서 바라보고 있다. 출연연은 특성상 여타 연구 기관에 비해 비휘발성이기 때문이다. 출연연은 20, 30년 전 아무도 태양전지에 관심이 없을 때 태양전지를 연구했으며, 앞으로 어떤 굴곡이 있더라도 태양전지를 연구해야 할 집단이다. 기관이 주는 사명적인 측면에서 R&D 허브 역할을 잘할 수 있다고 본다.
연구 프로그램을 구성하는 데 있어 탑 다운Top Down 방식과 바텀 업Bottom Up 방식이 조화를 이뤄야 하는데, 현시점에서 탑 다운 방식을 강화해야 한다. 각 연구 단위에서 좋은 아이디어의 과제를 제안하는데, 훨씬 더 많은 예산과 사람이 완성도 높게 연구해야 할 아이템도 있다. 아쉬운 부분인데, 현 상황은 그런 것을 모을 틀이 부족하다. 그 역할을 R&D 허브가 해야 한다. 언론에서 출연연의 연구효율화와 단일화 문제를 거론한다. 태양광 같이 갑자기 관심이 쏠린 사안일수록 잘 컨트롤해야 한다.
R&D 허브 강화와 탑 다운 방식을 통해 빼고 정리하는 방식이 아니라 점점 더해나가는 방식으로 체계를 구축해야 한다. 그러면 출연연 차원의 효율화와 단일화뿐만 아니라 하부의 기술 아이템부터 내용적인 단위가 될 수 있다.

"지경부 R&D는 신성장 동력 산업뿐만
아니라 에너지 기술적인 측면에,
교과부 R&D는 신성장 동력을 발굴하는 기술
혁신에 관점을 둬야 한다."

신성장 동력과 에너지 안보를 동시에

1세대 태양전지가 대학은 졸업했는데 취업은 못 한 상태다. 네가 알아서 취업하라고 둘 것인가, 취업할 때까지 도와줄 것인가. 이것을 선택해야 한다. 미국과 일본은 탑 다운 R&D의 중심을 1세대 결정질 실리콘 태양전지에 둔다. 이들 국가가 2, 3세대 태양전지 기술 개발 능력이 없고, R&D에 대한 의지가 없어서 그러는 것이 아니다.
태양전지 R&D 투자의 중복성은 신성장 동력 산업과 에너지 안보 측면에서 논의해야 한다. 태양광산업은 연계 산업군으로 반도체 디스플레이를 잇고, 결정질 실리콘 태양전지 분야는 발전 쪽을 담당한다. 전 세계적으로 결정질 실리콘 태양전지 분야는 가격 경쟁력을 앞세운 중국의 맹공이 거세다. 그렇다고 결정질 실리콘 태양전지는 대학을 졸업했으니 네가 알아서 취업하라고 놔두는 것은 에너지 안보 측면에서 위험한 선택이다. 신성장 동력 측면에선 기업이 알아서 한다지만, 에너지 안보 측면에선 다르다. 태양광 시장은 2030년이면 1테라와트에 도달한다. 20년 주기로 전 세계에 깔린 태양광 모듈을 교체할 것이다. 따라서 2030년이면 매년 꾸준하게 1∼3테라와트 시장이 생기는데, 그것을 할 수 있는 나라는 5∼6개이므로 우리가 기선을 제압당하면 안된다. 미국과 일본도 이 점을 매우 심각하게 생각하기에 결정질 실리콘 태양전지의 경쟁력을 높이는 쪽으로 프로젝트를 추진하는 것이다.
태양광 R&D 연구 공동체는 반도체 디스플레이에 비해 폐쇄적이기에 유기적으로 협력하는 분위기가 약하다. 따라서 출연연을 중심으로 한 R&D 허브 개념은 바람직하다. 동시에 R&D 허브와 병행해 대학 중심의 공동 장비 활용 센터도 필요하다. 장비를 갖춘 곳의 대학원생이 졸업해 R&D를 뒷받침하기 때문이다.
R&D 측면에서 연계 산업 간 시너지를 만들어야 한다. 예를 들어 결정질 실리콘 태양전지 분야는 반도체 디스플레이 자동화 및 생산 관리 기술과 접목이 필요하다. BIPV는 건축하고 접목하지 않으면 뚫고 나가지 못한다. 그런데 교류가 없다. 국가에서 R&D 투자 전략을 세울 때 연계 기술 간 시너지를 낼 수 있는 장도 만들어야 한다. 지경부 R&D와 교과부 R&D는 차이가 있다. 지경부 R&D는 신성장동력 산업뿐만 아니라 에너지 기술적인 측면에, 교과부 R&D는 신성장 동력을 발굴하는 기술 혁신에 관점을 둬야 한다.

태양광 전지의 세대별 정부 R&D 예산 투자 방향과 연구자들 간
성과 공유를 통해 시너지 창출 방안을 모색하는 패널 토론장.

"걱정은 R&D 예산을 많이 투자한 출연연마다
거의 같은 연구를 한다는 것이다."

출연연 간 협력으로 좋은 성과를

국과위에서 고민하는 부분은 R&D 예산을 어디에 얼마나 투자할 것인가이다. 태양광 분야에 얼마를 투자할 것인가, 답은 간단한데 찾아내는 방법이 복잡하다. 오늘이 자리는 과연 투자한 것을 잘 사용하는가, 궁극적으로 태양광 국가 경쟁력, 산업 경쟁력, 기술 경쟁력을 높여 10년 후 먹을거리를 만들 수 있는 방향을 제대로 잡았느냐를 되돌아보는 계기였다.
출연연에서 R&D 허브 역할을 출연연이 하는 게 아니냐는 취지로 얘기했다. 국과위는 출연연이 R&D 허브 역할을 해야 한다는 아이디어에서 출발하지 않았다. 출연연이든, 기업이든 나중에 살펴야 한다. 다만, 걱정은 R&D 예산을 많이 투자한 출연연마다 거의 같은 연구를 한다는 것이다. 출연연이 연계해 머리를 맞대고 연구하면 좋은 성과를 빨리내고 국가 경쟁력을 높이는 데 도움이 되지 않을까한다.