태양광 발전에는 태양전지가 들어간다. 태양전지는 태양 광선이 가진 빛 에너지를 전기 에너지로 전환한다. 핵심 원리는 물리학의 `광전효과`다 광전효과란, 금속이나 반도체에 빛을 쬐면 전류가 흐르는 것을 말한다. 높은 빛 에너지를 쏴주면, 전류가 많이 흐르게 된다.

태양전지에 사용되는 물질은 `반도체`다. 반도체는 크게 P형 반도체와 N형 반도체로 나뉜다. P형 반도체는 양의 전하, 정공을 많이 포함하고 있는 물질이다. N형 반도체는 음의 전하, 전자를 많이 포함하고 있다. 둘의 전기적 성질이 다르므로, 둘을 붙여놓은 접합 부분에서는 전기적 에너지 장벽이 형성된다. 이 에너지 장벽의 크기와 일치하는 빛 에너지가 들어오면, 반도체는 정공과 전자를 생성하고 그에 따라 전기 에너지가 발생하게 된다. 즉, 빛 에너지가 전기 입자로 바뀌면서 에너지가 되는 것이다.

■ 태양전지 반도체 물질은?

문제는 이 반도체 물질을 어떤 것을 사용할 것이냐다. 반도체 전반에 가장 폭넓게 사용되는 것은 실리콘이다. 실리콘은 성능과 가격 면에서도 뛰어나고, 양산에도 최적화된 물질이다. 이미 오랜 역사로 기술이 많이 개발되어 있다는 것도 장점이다.
실리콘은 단결정과 다결정으로 나뉘는데 다결정의 경우 저렴하고, 단결정은 더욱 비싸다. 다결정이 단결정보다 효율성이 떨어지지만, 대규모 생산에는 더 유리하다.

실리콘 외의 물질도 사용되고, 실리콘을 대체할 후보군에도 올라 있다. 태양 빛을 흡수하는 효율, 흡수된 빛을 전기로 바꾸는 효율 등이 추가로 고려되기 때문이다. 패널의 무게나 전기 전환 효율을 고려했을 때, 다양한 박막 물질이 사용되고 있다. 무기 물질로 가장 높은 효율을 보이는 전지는 갈륨을 사용한 것으로, 우주용으로 사용되고 있다. 갈륨은 희소성이 높고 유해하다는 단점이 지적된다. 최근에는 유기 고분자를 사용한 물질이 개발단계에 있다. 유기 태양전지는 합성법이 비교적 단순해 공정 비용을 절감할 것으로 기대되나, 아직은 상용화되지 않았다.

■태양광 시장 전망은?

한국수출입은행은 2019년 세계 태양광 설치량은 120GW(기가 와트) 수준으로, 전년 대비 8.3% 성장했다고 밝혔다. 태양광 시장은 상용화 이후 단 한 번도 역성장을 겪지 않았으나 코로나바이러스 유행 이후 성장률이 떨어져, 2020년 역성장이 전망된다. 세계 시장은 중국과 미국이 2018년 기준 절반가량을 차지하고 있다. 다만, 산업은행에 따르면 국내 기업은 고용, 매출액, 투자액에서 각각 56%, 70%, 81%를 차지해 세계 시장에서도 두각을 드러내고 있다.

국내 태양광 시장은 국산 업체가 78.7%로 점유하고 있으며, 보급은 점차 확대되고 있다. 다만 중국 업체가 차지하는 비중도 2018년 14.5%에서 2019년 22.4%로 늘어 경쟁이 심화될 것으로 보인다. 태양광 시장이 고효율 태양전지 중심으로 재편되면서, 가격 경쟁력에서 유리한 중국이 선전하고 있다. 다만 정부는 올해 2월 밝힌 것처럼, `에너지 전환`정책 등으로 내수시장 성장을 지원한다는 방침이다.