한화큐셀, 고효율 셀 ‘탑콘’ 내년 4월 상업생산…美 시장 뚫는다

중앙일보

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충북 진천군 한화솔루션 큐셀부문 진천2공장 3층 ‘셀 라인’에서 웨이퍼가 셀 제작에 적합한지 검사하는 ‘웨이퍼 인스펙션’ 공정이 진행중이다. 태양광 셀의 소재인 웨이퍼 입고부터, 모듈 출하까지 전 공정이 자동화 과정으로 진행되는 ‘스마트팩토리’다. 진천=고석현 기자

충북 진천군 한화솔루션 큐셀부문 진천2공장 3층 ‘셀 라인’에서 웨이퍼가 셀 제작에 적합한지 검사하는 ‘웨이퍼 인스펙션’ 공정이 진행중이다. 태양광 셀의 소재인 웨이퍼 입고부터, 모듈 출하까지 전 공정이 자동화 과정으로 진행되는 ‘스마트팩토리’다. 진천=고석현 기자

“끼익~지잉칙-.”

웨이퍼가 컨베이어벨트를 타고 유리통 속으로 빨려 들어가자, 검사장비가 잉크젯프린터의 잉크 통처럼 좌우로 바삐 움직였다. 입고된 실리콘웨이퍼가 태양광 셀 제작에 적합한지 검사하는 ‘웨이퍼 인스펙션’ 과정이다.

벨트 끝에 서 있던 로봇팔은 좌우로 바삐 움직이며 불량 셀을 빼내고, 검수를 마친 셀 200장씩을 모아 ‘카세트’라는 이동수단에 올렸다. 카세트를 탄 웨이퍼는 필요한 부분만 남기고 나머지 물질을 제거하는 ‘식각(蝕刻)’공정으로 옮겨졌다. 웨이퍼는 총 세 차례의 식각 공정을 거친다.

충북 진천군에 위치한 한화큐셀 진천공장에서 태양광 패널에 들어갈 셀이 가공되고 있다. 사진 한화솔루션

충북 진천군에 위치한 한화큐셀 진천공장에서 태양광 패널에 들어갈 셀이 가공되고 있다. 사진 한화솔루션

지난 12일 찾은 충북 진천군 한화솔루션 큐셀부문 진천2공장. 3층 ‘셀라인’에 들어서자 330m에 달하는 셀 생산 장비 10대가 늘어서 있었다. 셀 생산 장비는 2대가 한조를 이뤄 작업을 이어나간다. 이곳은 태양광 셀의 소재인 웨이퍼 입고부터, 모듈 출하까지 전 공정이 자동화 과정으로 진행되는 ‘스마트팩토리’다. 컨베이어벨트와 로봇팔이 손발을 맞춰 협동하고 있었다.

이용우 한화큐셀 프로는 “공장 내 물류 이동과 작업환경 제어, 불량관리 현황 등이 실시간으로 모니터링된다”며 “생산 제품인 셀 전면에 QR코드 같은 레이저 식별마크(TRA-Q)를 새겨 품질 데이터를 관리하고 불량률 낮추고 있다”고 설명했다.

태양광 모듈 생산과정은 크게 셀을 만드는 ‘셀 공정’과, 여러 장의 셀을 판에 붙이는 ‘모듈 공정’으로 나뉜다. 공장 1층에 위치한 모듈 공정에선 3개의 모듈 라인이 가동 중이었다. 이 중 2개 라인은 산업단지 옥상 태양광 등에 사용되는 ‘M6 패널’을, 나머지 1개 라인은 대형발전소에서 사용하는 ‘M10 패널’을 생산하고 있었다. 가로 241.1㎝, 세로 112.8㎝의 패널에 웨이퍼 156셀을 붙여 완성한다.

한화큐셀 직원이 제작완료된 태양광 모듈의 품질 검사를 하고 있다. 사진 한화솔루션

한화큐셀 직원이 제작완료된 태양광 모듈의 품질 검사를 하고 있다. 사진 한화솔루션

충북 진천군 한화솔루션 큐셀부문 진천2공장 전경. 사진 한화솔루션

충북 진천군 한화솔루션 큐셀부문 진천2공장 전경. 사진 한화솔루션

한화큐셀은 진천과 충북 음성에 각각 연면적 18만6482㎡, 4만3359㎡ 규모의 태양광 패널 생산공장을 운영 중이다. 김은식 한화큐셀 아시아제조본부장은 “진천공장은 축구장 26개 규모 크기의 큰 공장으로, 세계 최고 수준의 자동화 생산시설과 규모를 갖췄다”며 “중국의 많은 기업이 글로벌 태양광 시장을 점유하고 있는데, 중국의 경쟁사와 어떻게 차별화하고 기술 경쟁력을 갖출지 고민하고 있다”고 설명했다.

한화큐셀은 기존의 퍼크(PERC)셀 보다 발전효율을 1%포인트 향상한 ‘탑콘’(TOPCon)셀을 개발해, 지난해 11월부터 진천공장에 파일럿 라인을 가동 중이다. 퍼크셀은 셀 뒷면에 반사막을 삽입해 평균 발전효율을 23%까지 끌어올린 제품으로, 세계 태양광 시장의 90% 이상을 차지하고 있다. 한화는 발전효율을 더 높이기 위해 셀에 얇은 산화막을 넣은 탑콘을 개발했는데, 시제품 효율이 약 24.4%에 이른다.

서세영 한화큐셀 셀개발팀장은 “셀의 효율이 올라가면 모듈 설치 면적 대비 전력 생산량이 늘어 작은 면적에서도 많은 전력을 생산할 수 있는 장점이 있다”며 “발전효율 0.1%를 올리는 게 매우 어려운 기술인데, 생산량을 감안하면 연 1000억원 넘는 경제효과가 발생한다”고 설명했다.

한화큐셀이 연구 중인 페로브스카이트 기반 '탠덤' 셀 시제품. 사진 한화솔루션

한화큐셀이 연구 중인 페로브스카이트 기반 '탠덤' 셀 시제품. 사진 한화솔루션

내년 4월부터는 진천공장에서 탑콘 셀을 상업 생산하고, 하반기엔 미국 조지아 공장에서 생산을 본격화할 계획이다. 조지아주에선 연간 1.7GW 규모 모듈 공장을 운영 중인데, 내년 하반기에는 3.1GW까지 늘린다는 방침이다.

한화큐셀 관계자는 “미국 내 태양광 시장은 연 20~30%의 성장이 예상되는데, 최근 미국에서 인플레이션감축법(IRA)이 통과돼 새로운 성장 모멘텀을 맞을 것으로 기대한다”며 “진천사업장의 태양광 수출액은 올해 약 1조7000억원에서 내년에는 2조원을 훌쩍 넘어설 것으로 기대하고 있다”고 밝혔다.

한화큐셀은 탑콘을 이을 차세대 셀 ‘탠덤’ 연구·개발(R&D)에도 박차를 가하고 있다. 탠덤 셀은 광물의 일종인 페로브스카이트를 기반으로 하는데, 단가가 낮고 에너지 전환 효율이 높은 게 특징이다. 학계에선 퍼크·탑콘 등 기존 실리콘 기반 셀의 이론적 한계 효율을 29%대로 보고 있는데, 탠덤셀의 이론적 한계 효율은 44%에 달한다. 2026년 6월 양산이 목표다.

양병기 한화큐셀 개발팀장은 “10년 이상 태양광 셀 기술에 투자해 확보한 역량으로 차세대 제품을 생산해 ‘글로벌 톱 티어’로 기술적 우위를 유지하겠다”며 “기존 셀보다 최대 2배 이상의 발전 효율을 가진 탠덤 셀 연구개발에 집중한 것”이라며 고 말했다.

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