태양전지 실리콘 폐기물의 정제와 재활용

전문가 제언

○ 태양전지의 90% 이상을 차지하고 있는 실리콘 태양전지에는 결정형과 비정질 박막형의 두 종류가 있으며, 그중 결정형이 80% 이상을 차지한다. 결정형 실리콘 웨이퍼는 다결정/단결정 실리콘 잉곳을 가공하여 제조하며, 그 과정에서 2010년 기준으로 101,750톤의 실리콘 폐기물이 발생하였다. 따라서 실리콘의 재활용기술 개발이 필수적이라 할 수 있다.

○ 웨이퍼를 만들기 위해서는 원통형의 실리콘 잉곳의 사방 측면을 잘라내어 단면이 정사각형이 되도록 한다. 또 잉곳 상부는 금속/비금속 불순물 등이 포함되어 있으므로 역시 잘라낸다. 측면 스크랩의 재활용에는 특별한 기술이 요구되지 않으나 상부 스크랩은 불순물을 제거하기 위한 특수처리가 필요하다.

○ 웨이퍼는 다중의 실톱(multi-wire saw)으로 한 번에 여러 장을 잘라내며, 그 과정에서 다량의 실리콘이 연마재인 탄화실리콘(SiC) 입자와 함께 글리콜(glycol) 슬러리 속으로 떨어진다. 현재 웨이퍼의 두께가 실톱 직경 150㎛에 접근하고 있어서 이 슬라이싱 작업에서 거의 절반의 실리콘이 손실된다. 어느 정도 재활용이 가능한 잉곳 측면 스크랩과 달리 이 슬러리 실리콘은 현재 기술로 경제적 회수가 불가능하다.

○ 슬러리로 폐기되는 실리콘을 회수하기 위해 실리콘과 SiC의 용융점, 전기전도도 및 밀도의 차이를 이용한 다양한 SiC 제거기술이 제안되고 있다. 그러나 2008년에 도입되기 시작한 다이아몬드 도금 실톱(diamond-plated wire-saw)은 SiC+슬러리 대신 냉각액만을 사용하므로 연마재에 의한 오염이 미소하고 슬라이싱 속도가 빨라서 톱의 양산에 의해 가격이 떨어질 경우 기존의 방법을 대체할 가능성도 보인다.

○ 국내에도 LG실트론, 웅진에너지, 스마트에이스, 넥솔론 등 잉곳/웨이퍼 생산업체들이 많이 있으므로 실리콘의 재활용기술 개발이 매우 중요하다. 웅진에너지의 경우 2011년 현재 건설 중인 500MW 웨이퍼 공장에 다이아몬드 도금 실톱에 의한 웨이퍼 슬라이싱법을 전면적으로 채용하였고, 넥솔론도 2012년 이후 증설되는 공장에 채택을 검토하고 있다.

저자

Anping Dong, Lifeng Zhang, and Lucas N.W. Damoah

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2011

권(호)

63(1)

잡지명

JOM Journal of the Minerals, Metals and Materials Society

과학기술
표준분류

재료

페이지

23~27

분석자

심*주

분석물

• 태양전지 실리콘 폐기물의 정제와 재활용.pdf [239,087 byte]

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