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태양전지급 다결정실리콘 생산의 신공정 고찰

전문가 제언: ○ 다결정실리콘에 의한 태양전지의 실험실적 변환효율이 35%에 달한 것도 있어 태양전지 수요가 연평균 성장률 30% 이상으로 급증하고 있다. 그동안 반도체 산업의 Czochralski법에 의한 최고 품질의 10cm 이상 길이를 갖는 단결정실리콘의 슬라이싱 후 잉여생산품이나 규격외품 만으로는 태양전지급 실리콘(SoG-Si)을 공급할 수 없게 되었다.

○ 본문에서는 염가 고품질의 태양전지급 다결정실리콘의 제법의 진보를 석영의 세계 최대 매장량을 갖는 브라질의 University of Campinas (UNICAMP)의 저자들이 소개하고 있다. 석영을 탄소로 환원시켜 얻는 약 99% 순도의 금속급 실리콘(MG-Si)을 순도 6N 정도의 SoG-Si로 정제하는 데에는 화학법과 야금법이 있다.

○ 화학법에서는 삼염화실란(TCS) 가스를 CVD에 의한 분해로 정제하는 고에너지와 환경 상 문제가 있는 현재 주류의 배치식 Siemens 공정을 개선 중이다. 독일 Wacker Chemie사는 유동층 반응기를 이용한 연속석출법을 개발하고, 노르웨이 REC사는 TCS 대신에 SiH4를 사용하는 연속법을 개발하였다. 일본 Tokuyama사는 VLD(Vapor to Liquid Deposition)법 공장을 건설 중이다. Siemens법보다 10배 빠른 석출속도로 원가절감이 크나 불순물 제거가 어려운 기술이다.

○ 야금법에 의한 실리콘 정제는 Siemens 공정보다 에너지 효율이 5배나 향상된다. 건식야금 정제와 산 용액에 의한 화학적 처리법을 사용하는 노르웨이 Elkem Solar사는 자사 제조의 실리콘으로 약 16% 변환효율의 전지를 달성했다. 2010년까지 5,000MT으로 생산능력을 확장 중이다.

○ 태양전지급 실리콘 소요량 감소를 위해 웨이퍼 두께를 200㎛급에서 150㎛급 이하로 줄인 리본형 기판의 반연속체로 제조하는 기술이 상업화되고 있다. 재료가 대폭 적게 소요되는 100㎛급 실리콘 박막태양전지와 화합물 반도체 재료에 의한 여러 박막태양전지 그리고 값싼 목적의 염료감응 태양전지가 개발되어 생산이 시작되고 있다. 태양전지급 다결정 실리콘 생산기술이 혁신되어 실리콘 시대가 당분간 계속될 것 같다.

저자: S.P. Moreira et al
자료유형: 학술정보