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도핑 원소 혼합 SoG-Si나 고순도 UMG-Si로 제조한 태양전지 모듈의 장기안정성

전문가 제언: ○ 다결정 실리콘 태양전지(mc-Si SC)는 현재 에너지 위기와 지구환경개선을 위한 태양전지 시장의 주역으로 이의 원가절감이 태양전지 보급의 당면 과제가 되고 있다. mc-Si SC 원가의 25% 이상을 고순도 폴리실리콘(다결정 실리콘) 원료비가 점하므로 고비용 Siemens 공법의 순도 9~11N 이상의 반도체급 실리콘(EG-Si)의 대체가 필요하다. 금속 불순물과 달리 쉽게 정제되지 않는 도핑 원소인 B(받개용), P(주개용) 기반의 순도 6~8N의 경제적인 태양전지급 실리콘(SoG-Si)이 개발되어 사용되고 있다.

○ 최근 원가절감을 위해 정격 외 실리콘의 재활용 및 금속급 실리콘 잉곳 제조 시 도핑 원소 분산문제 해결을 위한 도핑원소 혼합 SoG-Si (compensated SoG-Si) 또는 고순도 금속급 실리콘(UMG-Si)의 사용이 연구되고 있다. 이 글에서 독일 Q-Cells사 K. Peter는 이 경우 태양전지 시스템에 추가적 장기적 열화발생 논쟁에 대한 확인을 아래처럼 보고하고 있다.

○ 산소와 금속 불순물이 충분히 낮은 상기 실리콘에서 초기열화는 붕소-산소 착물 등에 의해 발생하지만 수 주만에 안정된다. 장기열화는 실리콘 웨이퍼 재료가 아니고, EVA 박막의 박리 등 모듈 재료특성에 의해 일어난다. 거의 3년 옥외 장기간의 12개 모듈 시스템 등은 추가적 장기적 열화를 보이지 않고, 도핑원소 혼합 웨이퍼 사용가능함을 명확히 보였다.

○ 기본원료인 MG-Si의 제조사인 노르웨이 Elkem Solar Silicon사는 실란원료 석출공정이 없는 MG-Si로부터 SoG-Si용 고순도 UMG-Si 제조 공장을 2009년에 준공했다. CZ-Si과 블렌드로 18% 효율의 mc-Si 태양전지를 제조했다. UMG-Si의 100% 사용 연구가 활발하다.

○ 국내에선 1980년대부터 반도체산업을 위한 동부제강-화학(연), KIST, KCC 등의 연구로 폴리실리콘은 선진국 수준에 도달하고, 1994년 한국화학(연)은 Siemens의 공법보다 고생산성의 마이크로파 가열 3염화실란-유동층 석출공정을 개발하여 독일 Wacker사에 전수했다. UMG-Si 연구에서는 2008년 요업기술원의 산처리 및 일방향 응고 이용 실리콘 정제연구가 잉곳 순도 99.995%를 보고했으나 도핑원소 제거연구가 더 필요하여 추가연구가 진행 중에 있어 한국의 SoG-Si 연구가 안심된다.

저자: K. Petter et al
자료유형: 학술정보