한-미, 태양전지 기술 세계 최초 개발

[산업일보]
고효율 화합물 반도체 태양전지의 상용화를 앞당길 수 있는 다층성장기술을 이용한 제조기술이 한미 공동연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다.

백운규 교수(한양대) 연구팀과 로저스 교수(John A. Rogers, 미국 일리노이대) 연구팀이 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 안병만)와 한국연구재단(이사장 박찬모)이 추진하는 국제공동연구사업(글로벌연구실사업)의 지원을 받아 수행되었고, 연구결과는 세계 최고 권위의 과학저널인 “네이처(Nature)"誌 5월 20일자에 게재됐다.

무공해·청정 에너지원인 태양에너지를 활용하는 태양전지는 “저탄소·녹색성장”을 선도하는 기술로 2003년 이후 35% 이상 급성장 중이며 2030년에는 2,700억 달러 규모의 시장으로 성장할 것으로 전망되고 있다.

현재 실리콘 태양전지는 제조비용이 저렴해 전체 태양전지 시장의 약 95%의 시장을 점유하고 있는 데 비해 화합물 반도체 태양전지는 실리콘 태양전지의 효율 24%보다 2배가량 큰 40%의 높은 효율을 갖는다.

하지만, 고가의 제조비용으로 인하여 우주산업과 같은 특수 분야에만 제한적으로 사용되어 단지 5% 미만의 시장을 점유하고 있는 실정이다.

이번 한양대 백운규 교수팀이 다층 성장기술을 이용한 화합물 태양전지 제조 기술을 개발함에 따라 화합물 반도체 태양전지 상용화의 큰 걸림돌이었던 고가의 비용문제를 해결하였을 뿐 아니라, 제조 공정 시간을 획기적으로 단축시킴으로써 화합물 반도체 태양전지의 상용화를 가능케 할 것으로 기대를 모으고 있다.

다층 성장기술은 웨이퍼 위에 화합물 반도체 층과 분리 층을 각각 번갈아 연속적으로 성장시켜 한 장의 웨이퍼 위에 여러 층의 소자를 성장시킬 수 있는 기술이다.

화합물 반도체 다층성장 기술을 활용하여 화합물 웨이퍼 한 장당 40층의 소자를 구현할 경우, 40개의 소자를 각각 40장의 웨이퍼에 성장하는 기존의 방법에 비해 총 공정비용 중 웨이퍼 비용이 차지하는 비율을 42.4%에서 4.2%로 감소시키고 공정시간을 1/10로 단축시키는 절감 효과가 있다.

다층으로 성장된 반도체 층은 플라스틱을 포함한 다양한 기판으로 옮겨 태양전지를 제작할 수 있기 때문에 기존의 공정으로는 불가능했던 플렉시블 태양전지의 제작도 가능하게 되었다. 플렉시블 태양전지는 차세대 플렉시블 디스플레이의 전원 공급원으로 그 수요가 증가할 것으로 예상된다.

또한, 화합물 반도체는 실리콘 반도체에 비하여 전자 이동도가 10배 이상 빨라 반도체의 초고속화와 적외선 카메라의 탐지능력 증가를 위한 차세대 반도체 재료로도 각광을 받고 있다. 한양대 연구팀의 다층 성장기술을 이용해 차세대 반도체 및 적외선 카메라 소자 화합물 제조에도 성공하는 등 다양한 분야에 적용될 수 있는 가능성을 보여 주었다.

백운규 교수는 “이번에 개발한 화합물 반도체 다층 성장기술은 고효율 태양전지뿐만 아니라 차세대 반도체, 논리소자 및 적외선 카메라 등 다양한 고부가가치를 갖는 차세대 소자에 적용될 수 있으며, 우리나라 태양광 산업, 고속 논리소자, 반도체 산업 등 미래 신성장 동력 창출에 크게 기여할 수 있는 핵심원천 기술”이라고 밝혔다.