 | | 김경중 한국표준과학연구원 박사가 X선 광전자 분광기를 활용, 태양전지 박막의 조성을 분석하고 있다. |
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최근 전세계적으로 상용 태양광발전소 가동이 잇따르면서 차세대 태양전지 개발 열기도 한층 달아오르고 있다. 하지만 지금껏 우리나라에는 이러한 태양전지 제조공정을 위한 측정표준이 전무했다. 그리고 이는 산업 활성화의 저해요인으로 꼽힌다. 특히 화합물 박막을 구성하는 성분 원소들의 비율은 태양전지 성능에 절대적인 영향을 미치기 때문에 표준 확립이 시급한 실정이다.
최근 한국표준과학연구원 나노소재평가센터 김경중 박사 연구팀이 이 문제를 해결하기 위해 태양전지 측정표준 기술 개발에 나서 업계의 주목을 받고 있다.
김 박사 연구팀은 지난 10여년간 차세대반도체의 측정분석 연구에 주력해오면서 다층박막·합금박막·도핑박막 등 다양한 인증표준물질(CRM) 개발의 성과를 올린 반도체통이다.
태양전지가 바로 반도체 기술을 기반으로 하고 있어 이번에 태양전지 측정표준 기술 개발에 뛰어든 것.
김 박사는 "제조 공정에 요구되는 주요 측정분석 기술의 국가표준을 정하고 CRM을 개발ㆍ공급하는 등 산업 현장의 측정표준 확립이 태양전지 상용화의 선결 조건"이라고 강조했다.
이에 연구팀은 현재 2세대 구리ㆍ인듐ㆍ갈륨ㆍ셀레늄(CIGS) 박막 태양전지의 상용화를 위한 다양한 측정분석 기술 개발과 주성분 정량 분석에 대한 표준안 마련 등 체계적 표준기반 구축에 박차를 가하고 있다.
연구팀은 이와 함께 기존 실리콘 태양전지보다 생산단가는 대폭 낮추면서 효율은 우수한 3세대 실리콘 양자점 태양전지의 개발에도 직접 뛰어들었다.
양자점 태양전지의 특징은 일반 실리콘 태양전지가 활용하지 못했던 태양광까지 광전 변환에 이용할 수 있다는 점이다. 실제로 실리콘 태양전지는 실리콘의 밴드갭(band gap)이 작아 태양광 중 적외선만 광전 변환의 재료로 쓰지만 양자점 태양전지는 실리콘을 나노미터 크기의 나노 구조체로 제작, 밴드갭을 높임으로써 가시광선 영역의 광전 변환 능력을 지닌다. 따라서 동일한 양의 햇빛을 받아도 양자점 태양전지가 더 많은 전력을 생산할 수 있다.
이와 관련, 연구팀은 이미 표준연이 보유하고 있는 나노소재 제작기술과 특성평가기술을 적용, 양자점 태양전지 개발에 성공한 상태다. 아직 효율이 실리콘 태양전지(24%) 수준에 도달하지는 못했지만 미래가치가 탁월하다는 평가를 받고 있다.
김 박사는 "향후 산ㆍ학ㆍ연 협동연구를 통해 세계적으로 경쟁력 있는 태양전지 메트롤로지 연구기반이 갖춰질 것"이라며 "측정표준 제공은 상용화를 앞둔 태양전지 산업에 필수적이므로 국가적으로도 지속적인 지원이 이뤄지기를 바란다"고 밝혔다.
