반도체공정의 유해가스 누출 사고가 최근 빈발하는 가운데 유해가스를 사용하지 않는 새로운 박막태양전지 기술이 개발됐다.
재료연구소(소장 강석봉)는 지난 11월 20일 소자기능박막연구실 김동호 박사팀(연구책임자 정용수 박사)이 디보란, 포스핀 등 유해가스를 사용하지 않은 새로운 형태의 실리콘 박막태양전지를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 국내 뿐 만 아니라 미국에도 특허 출원했으며 저명 학술지(Applied Physics Letters와/Journal of Physical Chemistry C)에 잇따라 게재됐다.
기존 실리콘 박막 태양전지는 p형 반도체층과 n형 반도체층, 광흡수 반도체층이 쌓인 구조이다. 광흡수 반도체층은 태양으로부터 받은 빛을 전기로 바꾸는 역할을 하며 p형 반도체층과 n형 반도체층으로 각각 수집돼 전류를 발생하게 된다. 이러한 구조로 된 실리콘 박막 태양전지를 제조하기 위해서는 진공증착 공정을 거쳐야 하는데 이 때 디보란과 포스핀이라는 가스를 사용한다. 두 가스 모두 0.3ppm 이상 노출되면 호흡기나 신경 손상을 유발할 수도 있다.
하지만 김 박사팀이 개발한 제품은 유해가스를 사용하지 않아도 되는 새로운 구조를 보이는 것으로 알려졌다. 제조 과정에서 유해가스가 필요한 p형 반도체층과 n형 반도체층을 금속산화물층과 전극층으로 각각 대체한 것이다. 이 기술은 이미 설치돼 있는 LCD 생산설비에서 제조할 수 있어 초기 수백억원에 달하는 진공증착설비 구축비용을 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 광안정성 또한 기존 기술보다 2배 이상 높아졌다. 지속적으로 빛을 비췄을 때의 광안전성을 살펴본 결과 이번에 개발된 기술이 훨씬 더 완만한 곡선을 그려 기존 실리콘 박막태양전지 보다 2배 이상 앞선 것으로 나타났다. 김 박사팀이 개발한 실리콘 박막태양전지의 광변환효율은 아직 상용화 기점인 10%에 약간 못 미치는 8% 초반대 수준이다.
연구책임자인 정용수 박사는 “기존 실리콘 박막태양전지가 가지고 있는 여러 문제점을 해결할 수 있는 원천기술”이라며 “새로운 핵심공정 및 소재 개발을 통해 10% 이상의 광변환효율을 달성하겠다”고 말했다.
한편 박막태양전지는 2011년 0.9GW였던 발전량이 효율향상과 가격경쟁력을 바탕으로 2015년 8GW 규모로 크게 늘어날 전망이다. 이에 따라 박막태양전지의 시장점유율도 2011년 13%에서 2015년 30%로 확대될 것으로 예상된다.
