나노기술 및 정책 정보

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태양광에너지는 세계의 1차 에너지 대부분을 조달할 수 있는 가능성을 가지고 있으며 화석연료대체 청정에너지의 하나로서 기대받고 있지만, 보급확대에 있어 시스템의 경제성이 커다란 장애가 되어왔다. 그러나, 화석연료의 가채굴년수가 한정되어 있고 고가격화 경향에 있는 점, 세계적으로 환경부하를 감소시키는 시스템도입이 추진되고 있는 배경하에서 태양광발전의 중요성은 매년 증가하고 있다.

과거 10년간, 전세계 태양전지시스템의 연간생산량은 30~35%를 초과하는 추세로 증가하여 2005년도에는 발전용량이 약 1.7GW에 달한 결과, 현재 고순도 실리콘원료 공급부족이 발생하고 있으며 앞으로 지금까지 이상의 높은 신장률을 보이면서 태양전지시스템 도입확대가 예상되고 있다.

태양전지용 고순도 실리콘부족에 대한 대응책으로서 실리콘 사용양을 줄이는 신구조 셀시스템개발이 제안되어 있지만, 현재로서는 기존의 셀 시스템이 답습된 채 태양전지의 생산량이 증대되어 가기 때문에 실리콘 정제설비 증강과 함께 새로운 제조프로세스기술도 개발 및 도입하여 생산량을 증대시켜가는 노력이 필요하다. 재료적으로 실리콘의 안정공급을 도모하여 실리콘 원료비용을 감소시켜가는 것이 가장 주목해야할 과제라고 생각된다.

고순도 실리콘은 지금까지 반도체용이 주용도였지만, 앞으로는 반도체용 그레이드가 특수품이 되면서 태양전지용이 주용도가 될 것이다. 이러한 상황속에서 태양전지의 고효율발전, 저비용제조, 혁신적인 정제기술 등의 분야에서 나노테크놀로지 및 재료과학연구자가 맡은 역할은 지금까지 이상으로 크다하겠다.

특히, 기존의 원료제조프로세스기술에 얽매이지 않는 혁신적인 실리콘 제조프로세스기술개발 등 기존 기술의 연장에는 없는 기술의 실용화는 대학 및 공적연구기관에서의 기술시즈에 기초하여 새로운 벤쳐형 조직에 의해 추진하는 방안도 고려해야만 한다고 생각된다.

본고에서는 태양전지용 실리콘의 배경과 개발동향을 소개하고 고순도 실리콘 공급상황, 고순도화 프로세스기술 현상에 대해서 기술하였다. 또한, 실리콘 원료부족에 대한 대응책으로서 원료제조프로세스기술 개발상황을 소개하고 향후 기대되는 재료과학적인 해명 또는 혁신적인 프로세스기술개발의 가능성과 그 추진조직에 대해서 제언하였다.

<목차>

1. 머리말

2. 다결정 실리콘계 태양전지가 주목받는 이유
2-1 태양광발전의 급속한 확대
2-2 각종 태양전지의 재료별 발전효율과 과제
2-3 실리콘계 태양전지의 발전성능과 불순물농도의 관계

3. 고순도 실리콘의 수요예측

4. 태양전지용 실리콘의 고순도화 프로세스기술
4-1 실리콘원료 제조프로세스기술 개발상황
4-2 실리콘원료부족에 대한 대응책의 방향성

5. 실리콘원료의 고순도화에 대해 향후 기대되는 재료과학기술
5-1 원료고순도화 프로세스에서 불순물거동 해명의 필요성
5-2 혁신적인 원료고순도화 제조프로세스 기술개발의 필요성
5-3 벤쳐형 조직에 의한 제조프로세스 기술개발 추진

6. 맺음말