박막태양전지(thin film solar cell)은 실리콘, 텔루르화 카드뮴, 갈륨비소 등 박막을 기본재료로 하는 태양전지이다. 다른 전지에 비해 생산제조 원가가 낮고 에너지회수기간이 짧으며 대면적 연속생산에 편리하며 유연성 굽힘성 등 특출한 우위를 갖고 있으며 응용환경은 더욱 광범위하여 건축 PV 일체화, 사막발전소(Desertification power station) 등 영역에서 모두 광범위한 응용 전망을 가지고 있다.

미국 IBM회사가 2009년에 발표한 “IBM 미래 5년의 5가지 혁신”(IBM Next Five in Five)에 미래 5년에 사람들의 사업, 생활과 오락 방식을 바꿀 전망이 있는 혁신을 나열하였는데 그 중에 박막태양전지의 보급응용이 포함된다. 박막태양전지는 실리콘 박막태양전지, 화합물 박막태양전지, 염료감응 태양전지와 유기 박막태양전지 4개의 큰 부류로 나눌 수 있다.

이번 상해과학기술연구센터에서 연구분석팀들은 특허지도 등의 도구와 방법에 기초하여 이 영역에 대해 추적과 분석을 진행하였고 국내외의 이 영역에서는 대체적으로 아래와 같은 특점과 추세를 나타난다고 인식하였다.

1.연구 열의가 지속적으로 급상승하고 성과결과도 빠르게 성장

20세기 70년대 중기부터 박막태양전지기술은 주목을 받기 시작하였지만 80, 90년대는 줄곧 안정한 발전을 하였다. 21세기에 들어서서 이 기술의특허는 폭발성으로 성장했고 쾌속 발전시기에 들어섰다. 2003년부터 박막태양전지 특허신청은 질적인 성장이 있었고 2002의 500여 개 특허신청량은 신속하게 1000여 개(2005년)까지 확장하였고 그 3년 또한 2000여 개(2008년)까지 발전하였고 2009년에는 2500개로 성장하였다.

구체적인 연구기관을 살펴보면 기업과 관련기관은 박막태양전지 특허신청에서 모두 충분히 활동적이다. 전 세계의 범위에서 이 영역의 랭킹이 50까지인 기업과 기관을 선택하여 통계분석하였는데 1개, 2~5개, 6~20개, 21~100개, 101개이상의 전문항목을 신청한 기관 수의 비례는 각각 8%, 14%, 19%, 32%, 27%에 달하였고 21개 이상의 기관 수가 모두 59%에 달하였다. 이 영역에서 비교적 활약적인 기관은 집중적이고 연구 열의는 20세기 90년대(대부분의 기업특허신청량은 모두 10개 이하)의 상황과 뚜렷하게 구별되었다.

2.연구열의가 변화하고 있고 지역과 기관에 따른 주목하고 있는 연구이슈의 차별화

국제적으로 볼 때, 점차적으로 염료감응, 화합물박막, 유기재료로 이전하고 있다. 2009년을 기준으로 특허를 2009년 전과 2009년 후(2009년 포함)의 2개 시간으로 나누고 조기의 특허수량이 특허총량의 53%를 차지하는 횡축좌표을 기준선으로 하고 기준선을 넘으면 특허기술의 이슈의 이전을 대표한다. 전반적으로 실리콘 박막태양전지의 시작은 이르고 특허수량이 가장 많지만 최근에 주목받는 정도가 대폭 약화되어 반대로 염료감응 태양전지, 화합물 박막태양전지, 유기 박막태양전지가 연구 이슈로 성장하고 있다.

연구기관을 갖는 회사별로 분석하면, 각 회사의 주요 차별화의 내용이 나타난다. Sharp, 후지전기, Kaneka와 미쓰비시중공업 4개의 회사는 실리콘 박막태양전지에서 수준이 비슷하며 또한 이 4개의 회사는 모두 실리콘 박막태양전지를 중점 발전목표로 확정하였다. Panasonic은 화합물 박막태양전지에서 비교적 돌출하며 특허신청량은 다른 회사에 비해 뚜렷하게 많다. 염료감응 박막태양전지에서 삼성전자, Konica와 Sharp은 각각 3위에 차지하였고 한국 LG전자도 일정한 연구를 가지고 있으며 다른 회사는 이 재료의 박막태양전지에 대해 중점연구를 진행하지 않았다. 유기 박막태양전지의 중점연구회사는 삼성전자, Konica, LG전자와 Sharp회사이다.

중국 국내에서 보면 화합물 박막태양전지가 가장 주요한 연구이슈이다. 2010년을 박막태양전지 분류기술 특허수량을 나누는 것으로 하면 모든 분류기술을 2010년 전과 2010년 후(2010년 포함)의 2개 시간으로 나누고 각각 조기와 최근 두 단계를 표시한다. 조기 특허수량은 특허 총량의 45%를 차지하는데 이를 기준선으로 하면 화합물 박막태양전지가 이미 중국 국내의 최근 몇 년의 주요한 연구이슈라는 것을 알 수 있다.

3.전세계 경쟁구조가 안정화되고 선진국가와 지역별 주도우세가 뚜렷함

국가순위로 보면 일본, 미국, 한국, 중국, 독일은 주요한 박막태양전지 연구개발국가이고 그 중 일본이 독장친다. 일본, 미국, 한국, 중국, 독일 5개 국가의 우선권 특허수량은 전체의 90%이상을 차지한다. 1위인 일본은 52%로서 우선권 특허수량에서 뚜렷한 우세를 가지고 있고 미국, 한국, 중국, 독일은 각각 15%, 11%, 9%, 4%의 비례를 차지하며 우선권 특허수량은 일본과의 차이가 비교적 큰데 미국, 한국, 중국, 독일 4개 국가의 전체 수량도 일본의 70%도 되지 않는다.

일본은 20세기 80년대부터 계속 태양에너지 박막기술에서의 선두를 유지하였고 21세기에 들어선 후 한국, 중국이 태양전지 박막기술영역에서 갑자기 폭발적으로 성장하였다. 일본과 미국의 지속적인 투입과 한국, 중국 등 새로운 기술국가의 공동적인 추진에 의해 전세계 태양에너지 박막기술은 지속적이고 쾌속적인 성장을 유지하였다.

기관별 순위로 전세계 박막태양전지 특허신청량이 가장 많은 20개 기관에서 일본기업이 대부분을 차지하였다. Merk특허와 응용재료회사 외에 모두 일본과 한국 기업으로서 일본기관은 16개로서 독장치고 한국은 2개의 기관이다. 따라서 아시아가 국제박막태양전지 영역에서의 중요한 지위를 나타내고 있다. 랭킹이 10위인 기관은 모두 하이테크연구개발과 제조형 기업이고 Sharp, 후지전기, Canon, Panasonic, Kaneka화학, 미쓰비시중공업, Konica, Sanyo전기 모두 8개의 일본회사와 삼성전자와 LG전자 2개의 한국회사가 포함된다.

기술적 수준을 비교하면 일본은 아주 강한 우세와 지위를 나타내고 있다. 특허의 인용율은 기술인도성, 독창성을 가늠하는 중요한 지표이다. 일반적으로 하나의 특허가 빈도가 높게 인용될 때 일정한 정도에서 이 특허와 관련된 영역에서의 기초성과 관건성 기술을 설명하고 일정한 기술 선진성과 주도성을 가지고 있다. 연구에 의하면 일본은 이 면에서 아주 강한 우위를 점하고 있으며 인용 회수에서 Canon, Sharp, Panasonic은 3위에 들었고 Sanyo전기와 Kaneka화학의 인용회수도 비교적 높았다.

4.중국의 시작은 비교적 늦었지만 전반적인 발전추세는 양호함

중국내 지역적으로 보면 중국의 특허는 주로 장강삼각주, 북경과 주강삼각주에 집중되었다. 중국 특허신청 지역 내원에서 보면 61%가 중국 본토의 신청인이고 그 중 쨩수가 10%로서 특허신청량은 중국 각 성시에서의 으뜸이고 상하이, 베이징과 광둥은 각각 8%, 7%와 6%이며 쨩수, 상하이, 베이징, 광둥 4개 성시의 신청량은 중국 본토 신청량의 절반을 차지하였고 다른 지역의 신청량은 비교적 적다.

여기서 지적할 것은 선진국가가 적극적으로 중국에서 조기 분포하기 시작하였는데 그 중 일본, 미국, 독일과 한국이 주요한 국외신청국가이다. 기관으로 보면 대학교, 과학연구소는 주요한 연구개발기관이고 기업의 진보는 빠르고 연구영역이 더욱 집중적이다.

중국 국내 기관의 특허신청량 랭킹에서 10위는 각각 차이훙지퇀궁스(80), 난카이따쉐(75), 쭝궈커쉐웬화쉐옌찌유숴(51), 뿌단따쉐(40), 칭화따쉐(39), 쩌쨩따쉐(38), 비야디구픈여유쎈궁스(36), 쭝궈커쉐웬창춘잉융화쉐옌찌유숴(36), 쭝궈커쉐웬빤도우티옌찌유숴(32), 푸쪤쥔스넝웬여유쎈궁스(30)이다. 그 중 차이훙지퇀은 이 영역에서 일정한 우세를 가지고 있다. 중시하고 있는 기술타입을 보면 기업의 연구방향이 명확하다. 예를 들면 차이훙지퇀은 염료감응 면에서 중국에서 으뜸가고 푸쪤쥔스넝웬은 화합물 박막태양전지와 실리콘 박막태양전지에 주목하고 있다.

기술영역에서 보면 각 지역이 분류기술영역에서 중요시하는 점이 다른데 서로 다른 발전 전략에서 나타난다. 쨩수 지역은 실리콘 박막태양전지와 화합물 박막태양전지 영역에서 주도하고 있다. 상하이는 염료감응 태양전지 영역에서 리드하고 베이징은 유기 박막태양전지 면에서 현저한 우세를 가지고 있다. 광둥, 톈진과 쩌쨩은 모두 실리콘 박막태양전지에서의 발전이 양호하지만 다른 영역에서는 비교적 약하다.

원문제목 : 上海“十二五”科技规划重点领域的国内外发展跟踪研究之十一 - 国内外薄膜太阳能电池发展态势跟踪
원문출처 : http://www.stcsm.gov.cn/zwzyml/fileUpload/49691346829032807.pdf