초효율 태양전지 생산을 위한 칩 제조 기술 활용

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-22

프랑스 제조 회사인 Soitec은 태양광을 전기로 변환하는 효율을 일반 태양전지 대비 2배 향상시킬 수 있는 기술을 개발하였다. 이들은 46%의 효율 기록을 세웠으며 마이크로프로세서(Microprocessors) 제조기술을 활용하였다고 밝혔다. 이러한 셀을 생산하는 공정은 기존 방법과 비교했을 때 다소 복잡하지만 향후 생산 비용을 지속적으로 낮추는데 유용할 것으로 기대된다. 일반 태양전지는 하나의 반도체를 이용하여 태양광을 전기로 변환하도록 되어 있다. Soitec이 개발한 셀은 태양스펙트럼의 각기 다른 부분을 목표로 설계된 4개의 반도체를 이용한다. Soitec사는 지금으로부터 약 1년 전에 4개의 반도체 셀을 최초로 생산하였다. 그 이후 효율을 빠르게 개선시켰으며, 오랜 기간 기다려왔던 50% 효율의 이정표에 도달할 수 있는 첫 번째 회사가 될 것으로 예상되었다. 지난 몇 년간 태양발전 비용은 80% 이상 하락하였다. 이는 대부분 일반 실리콘 태양전지(Silicon Solar Cell)를 제조하는 보다 경제적인 방안을 발굴하였기 때문이다. 그러나 태양발전은 아직까지 대부분의 지역에서 화석연료(Fossil Guels) 대비 훨씬 값비싸다. Soitec은 태양전지를 보다 효율적인 제조를 통해 비용을 저감하여 적은 수의 태양전지만으로 동일한 양의 태양광발전을 가능하게 만들려는 일부 회사 중 하나이다. 이와 같은 일은 태양발전 전체 비용 중 절반 이상을 차지하고 있는 설치 관련 비용을 절감하는데 기여한다. 여기서 극복해야 할 도전은 제조 비용을 크게 증가시키지 않으면서 고효율의 셀을 만드는 일이다. 태양전지내에 다수의 반도체를 결합하는 방안은 이미 오래된 개념이지만 이를 실현하기는 어려웠다. 반도체 물질을 따로 성장시킨 다음 이를 결합하는 것이 가능하지만 이를 위해서는 값비싼 다결정 템플릿(Multiple Crystalline Templates)이 필요하고, 불완전한 결합을 야기할 수 있다. Soitec은 4개의 반도체를 이용하는 태양전지 제조를 위해 다음과 같은 공정을 이용하였다. 우선 하나의 템플릿 위에 원자적으로 호환되는 반도체 물질을 성장시키고, 다른 템플릿 위에는 다른 호환성을 갖는 반도체를 성장시켰다. 그리고 나서 재활용을 위해 템플릿 중 하나를 제거한다. 결국 두 쌍의 반도체는 서로 적층된다. Soitec은 마이크로프로세서 및 다른 전자장치의 부품을 만들기 위해 템플릿을 재활용하고 반도체를 결합하는 공정을 이미 수년간 이용해 왔다. 이들은 2016년까지 새로운 셀을 대량으로 제조한다는 계획을 갖고 있다. 이 공정을 통해 얼마나 비용이 낮아질 것인가에 대한 의구심은 아직 남아있다. Soitec은 기술을 이용하는 절감할 수 있는 태양발전의 kW당 비용에 대해 세부적인 자료를 제공하고 있지 않으며, 지역에 따라 각각 다르다고 설명하였다. 다른 회사들도 효율 50%에 도달하기 위해 경쟁하고 있다. 신생업체인 회사인 Semprius는 올해 4개의 반도체 셀을 통해 44.1%의 효율에 도달하였으며, 2015년에는 세계기록을 경신할 수 있을 것이라 밝혔다. http://www.technologyreview.com/news/533331/chip-making-tools-produce-ultra-efficient-solar-cells/