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태양전지의 핵심소재 폴리실리콘

모노실란(SiH4) 관련 산업용가스

시장 활황 예상...

폴리실리콘은 순도가 거의100% 가까운 천연 공급 원료인 규사(SiO2)를 규소로 환원한 후 여러 차례 정제해서 얻는다.

폴리실리콘은 반도체 웨이퍼 및 태양전지의 핵심소재인 솔라셀(Solar Cell)을 만드는 데 필수 원료로 사용된다. 폴리실리콘 3천톤으로 약 350MW의 태양전지가 생산가능하며 이는 3KW 태양광 주택 12만호 보급이 가능한 물량이다.

폴리실리콘은 현재 미국 헴록(Hemlock)·독일 바커(Wacker)·일본 도쿠야마(Tokuyama) 등 일부 해외기업이 세계시장을 좌우하고 있는 고부가 첨단산업 기술이다.

그동안 국내 수요업체들은 폴리실리콘을 전량 수입에 의존해 왔지만 지난해 동양제철화학이 국내 최초로 군산에 약 2천5백억원을 투자해 2008년 상반기에 연산 3천톤 규모의 폴리실리콘 생산설비를 짓는 등 폴리실리콘 사업에 진출함으로써 국내 태양광산업에도 틀이 형성되기 시작했다.

하지만 동양제철화학이 국내 폴리실리콘 공급 갈증을 완전히 해소시켜줄 수 있을지는 아직까지 미지수로 평가받고 있다. 이는 선텍이나 썬파워에 공급할 폴리실리콘 물량을 이미 계약해 놓은 것으로 알려져 있기 때문이다.

김동환 태양광사업단장은 최근 ‘폴리실리콘 제조기술 및 산업현황’ 보고서를 통해 실리콘 생산량은 2005년 3만2천톤에서 2010년 8만5천톤으로 약 2배 증가할 것으로 전망했다.

반면 같은 기간 태양전지 생산량은 1.7GW에서 10GW로 약 5배 증가할 것으로 전망돼 폴리실리콘 부족 현상이 심화될 것으로 예상했다.

이 때문에 대부분 태양전지 제조사들은 폴리실리콘을 확보하기 위해 몇 년 전보다 2~3배 비싼 가격에 5년 이상에 걸친 장기 계약을 맺고 있다.

한편 이러한 태양전지의 소재인 폴리실리콘 제조에는 모노실란(SiH4)이 핵심원료로 쓰이며 기타 염산·수소 등이 원료로 쓰인다.

반도체 웨이퍼 위에 트랜지스터를 만들기 위한 산화막을 형성하는 특수가스인 모노실란 생산업체는 전 세계적으로 일본의 데날실란, 미쓰이화학, 미국의 ASIMI와 MEMC 등 총 4개사다.

여기에 지난 2005년 (주)소디프신소재(대표 하영환·조백인)이 경북영주에 모노실란 공장을 준공하며 연 3백톤 규모의 모노실란을 시장에 내놓고 본격적으로 시장 확대를 꾀하고 있는 실정이다.

현재 모노실란 생산량은 전 세계적으로 총 8천5백톤 가량이 생산되고 있다.

국내 산업용가스업계에 따르면 ASIMI가 가장 많은 5천톤, MEMC가 2천7백톤, 데날실란이 3백톤, 미쓰이화학이 1백50톤을 각각 생산하고 있다.(소디프신소재 2006년 1월 3백톤 생산)

미국에 있는 ASIMI와 MEMC가 가장 많이 모노실란을 생산하고 있으나 이들 두 업체는 대부분 자가소비로 반도체 웨이퍼를 생산하는데 모노실란을 사용하고 있고 일부 모노실란(1천톤 이하)만 시장에 유통시키는 것으로 알려지고 있다.

국내의 경우 반도체 제조공정 및 태양전지의 원료로 쓰이는 폴리실리콘 제조에 쓰이는 모노실란도 폴리실리콘과 마찬가지로 지금까지 대부분 수입에 의존해 왔다.

현재 국내에서 모노실란을 수입해 제조·충전하는 곳은 에어프로덕츠코리아(ASIMI에서 수입)를 비롯한 대성산업가스(MEMC에서 수입)와 프렉스에어코리아(ASIMI에서 수입)등 모두 3곳이다.

관련업계에 따르면 에어프로덕츠코리아가 국내 사용량의 60%, 대성산업가스가 30%, 프렉스에어코리아, 메티슨가스, 일본산소가 나머지 10%가량을 반도체 생산업체에 공급하고 있다. 이들 업체 모두 자체생산이 아닌 원료가스를 수입해 이·충전방식으로 반도체업체에 공급하고 있다.

한편 소디프신소재는 수입공급업체와 달리 유럽 실리콘사로부터 원료를 수입하고 수소는 자체생산 중인 NF3에서 포집해 사용함에 따라 자체생산이 가능해 관심이 집중되고 있다. 소디프신소재의 모노실란은 초고순도 6N이상이다.

이처럼 모노실란은 폴리실리콘 제조과정에서 생성되는 부산물로 전 세계 2~4개 업체만이 생산하는 전형적인 과점 시장이다.

 향후 2~3년간 폴리실리콘의 공급부족이 지속될 것으로 예상되고 있는 가운데 모노실란 산업도 생산자 중심의 고부가가치 산업으로 자리 잡아 갈 것이란 게 전문가들의 전언이다.

현재 소디프신소재는 태양전지 폴리실리콘 제조공정에 소요되는 특수가스인 모노실란을 생산·공급하고 있다.

 이는 우리나라가 태양광 발전의 시작단계에 있어서 중요한 이점 중에 하나로 평가할 수 있다. 태양전지의 핵심인 원료인 모노실란의 국산화는 향후 폴리실리콘 파동에 있어서도 유리한 위치를 확보할 수 있기 때문이다.

이처럼 자체생산인 소디프신소재 뿐 아니라 수입을 통한 공급을 하고 있는 많은 산업용가스 업체에도 태양광 발전 산업의 발달과 함께 모노실란의 중요성은 점점 커질 수밖에 없는 실정이다.

폴리실리콘 제조에 막대한 모노실란 공급이 예상됨에 따라 산업용가스 업체들은 저마다 모노실란 수급에 치열한 경쟁을 피할 수 없게 될 것이란 게 관련 종사자들의 말이다.

최근 수년간 이렇다할 효자 품목이 없어 침체가 지속됐던 산업용가스 시장이 태양광 발전이란 사업을 통해 돌파구를 찾을 수 있을지 향후 행보에 관심이 쏠리고 있다.