[테크월드=배유미 기자] 환경과 신재생에너지에 대한 관심이 증가함에 따라, 관련 기술과 제품 수요도 증가하고 있다. 솔라 패널(Solar Panel, 태양 전지판)도 마찬가지로 몇 년 간 가격 하락으로 어느 정도 수요를 만족시켰지만, 더 많은 수요를 충족시켜야 한다는 압박감을 가지고 있었다.
미국 국립재생에너지연구소(National Renewable Energy Laboratory, NREL)와 메사추세츠공대(MIT)는 솔라 패널 수요에 맞추기 위한 방안으로 ‘웨이퍼 두께를 줄이는 기술’에 주목했다.
실리콘 웨이퍼는 대부분 결정 성장기술 초크랄스키법(Czochralski)을 이용해 용해된 실리콘을 단결정 잉곳으로 제작한 후, 균일한 두께로 절단하는 방식으로 제작한다. 현재 전세계 솔라 패널의 90%는 결정 실리콘으로 만들어져 있다.
솔라 패널 산업은 매년 약 30%씩 성장하고 있다. NREL∙MIT 연구진들은 이에 따른 웨이퍼 수요를 충족시키고자 실리콘 셀 자체를 얇게 만드는 방안을 고안했다. 얇게 절단하면 같은 실리콘 양으로도 공급이 늘어날 수 있기 때문이다. 경제성도, 기술력도 살리겠다는 취지다.
얇은 실리콘 웨이퍼를 제작하는 것은 실리콘 가격이 정점을 찍어 공급 부족 현상이 일었던 12년 전부터 고안된 방안이다. 하지만 해당 방안은 실리콘 웨이퍼가 잘 부서지고 연약하며, 제조 과정에서 손실이 다수 발생한다는 문제점을 가지고 있었다. 뿐만 아니라 낮은 효율성을 가지고 있어 오랜 기간 주목받지 못했다.
그러나 이번 연구를 진행한 NREL∙MIT 연구진들은 ”기술과 함께 경제적인 면도 고려하는 기술경제적(technoeconomic) 측면에서 접근했다”며 “최근 개선된 제조 장비와 새로운 태양 전지판 구조를 통해 기존의 문제를 해결할 수 있을 것”이라고 주장했다.
현재 솔라 패널의 핵심인 실리콘 광전지는 160마이크로미터 두께의 실리콘 웨이퍼로 제작되고 있다. 연구원들은 좀 더 정교한 조작을 통해 현재 두께의 4분의 1인 40마이크로미터까지 두께를 줄일 수 있다고 전했다.
뿐만 아니라 성능도 기존과 비슷했다. 연구진은 다양한 두께의 출력을 비교하면서, 네 가지 태양전지 구조의 효율성 수준을 조사했다. 그 결과 두께가 40마이크로미터까지 얇아져도 실제로 성능 저하가 거의 없는 것으로 드러났다.
이번 연구에 참가한 리우 저(Liu Zhe) MIT 연구원은 “실리콘 비용의 절감은 태양전지 제조 비용과 효율성 면에서 다시 한 번 변화를 가져올 수 있을 것”이라며 “이번 연구의 목적은 솔라 패널 제조 기술의 확장을 계획하고 있는 사람들을 위한 로드맵을 제공하는 것”이라고 전했다.
한편, 해당 내용은 국제 환경과학 저널 ‘에너지 및 환경과학(Energy and Environment Science)’에 게재됐다.
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