에너지소자재료연구실에서는 어떤 연구가 이뤄지고 있을까? 소자는 장치, 전자회로 등 구성요소가 되는 부품으로 독립된 고유의 기능을 갖고 있는 것을 지칭하는 것으로 각종 에너지 분야에 널리 이용되는 소자와 관련된 재료들을 연구한다고 짐작할 수 있다.
에너지소자재료연구실은 재료연구소 표면기술연구부 소자기능박막연구실(실장 김동호)에서 사용하는 곳이다.
지금의 연구 장비는 지난해 3월 연구소에 들어와 이제 갓 일 년이 넘었다.
이 장비는 박막 태양전지 제조용 클러스터 시스템으로 각각 다른 역할을 하는 6개의 진공챔버가 꽃잎모양으로 구성되어 있다.
태양전지는 여러 종류가 있다. 그 중에서도 이 실험실은 태양전지용 실리콘박막소재 제조 공정을 연구하기 위한 실험실이다. 실리콘 박막태양전지는 다른 태양전지에 비해 효율이 높지 않은 편이다. 화합물반도체 박막태양전지인 CdTe태양전지의 경우 가격경쟁력을 바탕으로 최근 수년간 급격히 시장을 확대하고 있으며, 최근에는 높은 에너지변환효율을 나타내는 CIGS(구리-인듐-갈륨-셀레늄)박막태양전지가 업계의 주요 관심을 받고 있는 상황이다. 하지만 이들 태양전지는 재료의 인체 및 환경유해성, 재생문제, 원소재의 희소성에 기인한 가격과 수급문제를 안고 있다.
향후 태양전지가 에너지 분야에서 차지하는 비율이 높아질수록 재료 수급의 안정성이 보장되는 실리콘 박막태양전지에 대한 관심이 증가할 것으로 예상, 관련 원천기술 개발이 필요하다.
이에 재료연구소 소자기능박막연구실에서는 실리콘 태양전지의 단점인 낮은 효율과 높은 시설투자비의 원인이 되는 미세결정질 실리콘소재 공정기술의 한계를 뛰어넘을 수 있는 새로운 공정 개발에 몰두하고 있다.
현재 실리콘 박막태양전지는 PECVD공정을 이용하고 있는데 이는 생산성이 낮고 고가의 설비비가 들어간다. 이에 고속 증착이 가능하고 장비비가 적게 들어가는 상압(AP-)PECVD 공정과 대면적화에 용이한 Hybrid Sputter 공정을 각각 개발하고 있다. AP-PECVD 공정은 기존 공정에 비해 속도를 100배 이상 높일 수 있다. 또 Hybrid Sputter 공정은 기존의 디스플레이산업에 사용된 유휴장비를 활용할 수 있다는 장점이 있다.
재료연구소는 저가 양산화가 가능한 독자적인 실리콘박막소재 원천기술 개발을 위해 힘쓰고 있으며 에너지소자재료실험실에서는 박막태양전지 제조를 통해 개발된 핵심소재의 성능 평가까지 가능하다.
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