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내일의 태양전지 제조를 위한 MOVPE 이용 결정성장

전문가 제언: ○ 재생에너지 중에 에너지 원료비가 필요하지 않는 태양에너지는 궁극적으로 주 재생에너지원의 하나로 자리 잡을 것이다. 태양전지의 개발동향 중 고가이더라도 고효율이 필요한 응용을 목표로 하는 한 방향이 있다. 이는 넓은 태양광 스펙트럼에 맞도록 여러 흡수파장영역을 갖는 다중접합을 이용하는 III-V족 화합물반도체의 집광식 태양전지이다.

○ 미국 DOE 소속의 NREL사의 저자들은 이 글에서 세계 최고 에너지 변환효율 39%를 달성한 GaInP/GaAs/Ge의 삼중접합 집광식 태양전지의 개발과 전망을 설명하고 있다. 2006년 12월 NREL사와 협력관계의 미국 Spectrolab사는 40.7%의 최고 효율 달성을 발표하였다. 2007년 3월 이 글의 한 저자인 Sarah Kurtz는 NREL 소속의 Jerry Olson과 함께 상금 $100만과 Dan David 상을 수상하였다.

○ III-V족 화합물 반도체의 에피택시(epitaxy)는 기상성장법의 일종인 유기금속 기상성장법(MOVPE)에 의해 III-V족 화합물 반도체 기판 상에서 성장된다. 화합물 반도체는 웨이퍼나 에피택시의 단결정 성장에 엄청난 시간이 소요되거나, 전위(dislocation) 결함을 억제시키는 공정제어가 어려워 고가의 재료가 된다. 화성탐사나 인공위성의 전력원으로 사용되는 외 일반 응용에서는 아직까지 가격경쟁이 전혀 안 되고 있다.

○ 2005년 다중접합 화합물반도체의 집광식 태양전지의 발전 원가를 재래 전기와 경쟁이 가능토록 수년 내 watt당 $3을 목표로 한다는 미국 집광기 제조의 Amonix사의 야심 찬 발표가 있었다. 단 연간 생산능력 10MW가 완료되는 전제에서이다. 1000배까지의 태양광 집광으로 발전 원가를 1/100~1/1000로 낮춘다는 계산이지만 수요확보가 관건이다.

○ 발광소자의 기본재료이기도 한 GaAs 단결정 성장은 일본의 SEI, Hitachi전선이 최대 제조사이고 한국에서도 핵심 기술개발 완료 후 수요부족으로 포기한 대기업도 있다. KIST의 민석기 박사 팀이 국내 화합물 반도체에 큰 공헌을 하였다. 전략적 과제에 꾸준한 연구를 할 수 있는 분위기를 만들어 주는 것이 기술 선진국 도달의 필수조건이다.

저자: Sarah Kurtz et al
자료유형: 학술정보