▲ 이정호 한양대학교 화학공학과 교수.

태양전지 핵심소재인 실리콘의 소모량을 줄이면서 순도도 높일 수 있는 기술이 개발돼 미래 태양전지 개발에 속도가 붙을 전망이다.

미래창조과학부는 이정호 한양대학교 화학공학과 교수가 포함된 국제 공동연구팀이 저순도 실리콘의 자발적 정제원리를 규명해 냈다고 14일 밝혔다.

이 기술은 자발적 정제로 순도를 100배 이상 높일 수 있어 기판형 태양전지에 필수적인 실리콘 정제공정을 생략해, 생산비용 절감에 기여할 것으로 기대된다.

태양전지에 사용되는 기존 기판형 태양전지의 경우 9N이상의 초고순도 실리콘 소모량이 많아 원가절감에 한계가 있었다. 또한 실리콘 정제를 위해서는 저순도 실리콘을 고순도 실란가스로 바꾼 뒤 석출(析出) 등 여러 화학반응을 반복하는 공정과 이를 위한 대규모 설비가 필요했다.

연구팀은 실리콘 소모량을 줄이면서 표면적을 넓게 하기 위해 기판형 실리콘을 나노와이어(nanowire) 형태로 바꾸는 실험을 진행했다. 이 과정에서 실리콘의 순도가 99.999772%에서 99.999899%로 100배 가까이 향상되는 자발적 정제현상이 일어남을 규명했다.

즉 기판형 대신 와이어형 실리콘을 태양전지에 적용하는 경우 실리콘 소모량이 적을 뿐만 아니라 자발적 정제가 가능하므로 고순도 실리콘 대신 저순도 실리콘을 이용할 수 있게 된 것이다.

이러한 자발적 정제는 저가의 은 용액을 이용하고, 실온에서도 구현이 가능하다.

은 나노입자가 실리콘 표면에 달라붙게 한 후 입자가 부착된 부위만을 선택적으로 녹여내는 간단한 나노공정으로 실리콘이 기판에 수직으로 자라난 나노와이어 구조를 만들 수 있다.

이렇게 만들어진 실리콘 나노와이어 속의 불순물은 기판형 구조보다 외부용액과의 접촉확률이 높아 실리콘 밖으로 먼저 빠져 나오면서 자발적 정제가 이뤄지는 것이다.

이번 연구를 주도한 이정호 한양대학교 화학공학과 교수는 “고순도 실리콘 소모가 많은 현재 기판형 태양전지를 나노와이어형으로 바꿀 경우 현재보다 훨씬 적은양의 저순도 실리콘으로 비슷한 태양전지 성능을 구현할 수 있다”며, "이번 연구로 실리콘 소모량을 줄이면서 순도도 높일 수 있게 됐다"고 밝혔다.

한편 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구)의 지원으로 수행된 이번 연구는 재료과학분야 학술지 ‘어드밴스트 머티리얼즈(Advanced Materials)’ 5월 2일자 온라인판에 게재됐다.