문상진 화학연구원 바이오리파이너리연구센터 박사
다결정 실리콘 잉곳 기술
쉽고 저렴한 양산 가능케
450kg/batch 국산화 주력
1980년대 중후반 태양광 발전주택이 한창 붐을 이뤘다. 상류층이 사는 지역에 가 보면 어김없이 태양광 발전주택 몇 채를 손쉽게 볼 수 있었던 시절이었다. 태양광 발전주택이 `부(富)의 상징'이었던 것이다.
그러나 90년대 들어서면 에너지 효율이 떨어지고 기술개발이 뒤따르지 못해 쇠퇴의 길에 접어들었다. 고유가 시대를 맞아 태양광 발전이 다시금 주목받고 있다. 친환경적이고 지속적인 기술개발을 통해 석유와 석탄을 대신할 대체에너지로 전면에 나서고 있는 것이다.
최근 3년간 세계 태양광산업은 연평균 40%를 상회할 정도의 큰 폭의 성장세를 누리고 있다. 이 추세는 당분간 지속될 것으로 보임에 따라 오는 2010년에는 6GW, 360억 달러 규모의 거대 시장을 형성할 것으로 예측되고 있다.
국내 태양광 산업 역시 정부의 적극적인 대체에너지 개발 및 보급 확대정책으로 2005년 5MW, 2006년 21MW(1800억원 시장규모)에서 2010년 200MW 이상으로 성장할 것으로 전망되고 있다. 일각에서는 태양광 산업의 발전 속도로 볼 때 앞으로 15년 후면 반도체 시장을 초월할 정도의 시장으로 성장할 것이라는 예측을 내놓고 있다.
이에 따라 최근 들어 태양전지 수요 급증과 단결정 웨이퍼 대신 원료수급과 경제성이 우수한 다결정 웨이퍼의 수요가 증가하면서 다결정 웨이퍼가 태양전지 시장에서 주력제품으로 자리매김해 오고 있다.
그러나 국내 태양전지용 실리콘 잉곳(실리콘 덩어리) 및 웨이퍼 기술개발은 침체기를 걸으면서 경쟁력을 잃어갔다.
한국화학연구원 바이오리파이너리연구센터 문상진 박사는 이처럼 열악한 국내 태양광산업의 `붐업(Boom-up)'을 위해 오로지 한 우물만을 파 온 태양전지 전문가다. 태양전지를 연구하다가 예산이 끊겨 한 때 연구를 중단해야 하는 어려움을 겪기도 했지만 꾸준한 연구개발을 통해 태양전지용 핵심소재와 웨이퍼 양산기술을 국내에서 처음으로 개발하는데 성공했다.
문 박사가 개발한 것은 다결정 실리콘 잉곳과 웨이퍼를 저렴하게 양산할 수 있는 기술이다. 이 연구는 산업자원부 신재생에너지센터 신재생에너지 기술개발사업 과제의 일환으로 (주)글로실과의 공동연구를 통해 진행됐다. 다결정 실리콘 잉곳 제조기술은 일반적으로 일방향성 응고(DS)기술을 활용해 하나의 도가니에서 용융과 방향성 응고를 차례로 실시하는 기술을 의미한다. 공정의 신뢰성이 비교적 높고 중저 규모의 생산용량에 적용이 용이해 세계적으로 가장 많이 채택되고 있는 주된 기술이다.
문 박사는 "이번에 개발한 다결정 실리콘 잉곳 제조기술은 DS 기술을 기본으로 채택했으나 결정성이 양호하고 불순물이 극소화된 고품질 실리콘 잉곳을 높은 공정효율로 제조하기 위해 화학연의 고효율 전열제어 시스템과 자동화 시스템, 고충진 시스템을 도입한 차세대 공정기술"이라고 설명했다.
이 기술을 통해 다결정 실리콘 잉곳 생산비용을 20% 이상 획기적으로 줄일 수 있고 결정성장 속도가 크면서도 결정결함을 크게 낮춰 양질의 잉곳 제조와 배취당 충진량을 25% 이상 늘릴 수 있어 선진국에 비해 생산성을 40% 가량 향상시킬 수 있게 됐다.
이 기술은 지난해 2월 태양전지용 실리콘웨이퍼 제조업체인 글로실에 이전돼 선진국의 생산규모인 240kg/batch 수준 이상인 300kg/batch 규모로 상용화하는데 성공해 본격적인 양산에 들어갈 예정이다.
문 박사는 이와 함께 차세대 박판형 결정질 실리콘 태양전지의 기반이 될 200~130㎛급의 박판 웨이퍼 제조기술을 확보했으며 이를 통해 얻어진 잉곳과 웨이퍼의 결정구조와 크기, 결정결함 농도 및 불순물 농도, 비저항, 전하수명 등 소재의 광ㆍ물리화학적 물성분석 및 평가기술도 동시에 확보했다. 현재 시험생산 단계에서 2건의 국내 특허등록과 실증화 단계에서 4건의 국내특허를 출원했다.
문 박사는 "이번 양산기술 확보로 저가 고효율 다결정 실리콘 잉곳 제조 장치의 국산화를 이루게 됐다"면서 "앞으로 지속적인 연구개발을 통해 내년 상반기까지 450kg/batch급의 세계적인 차세대 잉곳/웨이퍼 양산기술을 개발하는데 주력하겠다"고 말했다.
다결정 실리콘 잉곳 기술
쉽고 저렴한 양산 가능케
450kg/batch 국산화 주력
1980년대 중후반 태양광 발전주택이 한창 붐을 이뤘다. 상류층이 사는 지역에 가 보면 어김없이 태양광 발전주택 몇 채를 손쉽게 볼 수 있었던 시절이었다. 태양광 발전주택이 `부(富)의 상징'이었던 것이다.
그러나 90년대 들어서면 에너지 효율이 떨어지고 기술개발이 뒤따르지 못해 쇠퇴의 길에 접어들었다. 고유가 시대를 맞아 태양광 발전이 다시금 주목받고 있다. 친환경적이고 지속적인 기술개발을 통해 석유와 석탄을 대신할 대체에너지로 전면에 나서고 있는 것이다.
최근 3년간 세계 태양광산업은 연평균 40%를 상회할 정도의 큰 폭의 성장세를 누리고 있다. 이 추세는 당분간 지속될 것으로 보임에 따라 오는 2010년에는 6GW, 360억 달러 규모의 거대 시장을 형성할 것으로 예측되고 있다.
국내 태양광 산업 역시 정부의 적극적인 대체에너지 개발 및 보급 확대정책으로 2005년 5MW, 2006년 21MW(1800억원 시장규모)에서 2010년 200MW 이상으로 성장할 것으로 전망되고 있다. 일각에서는 태양광 산업의 발전 속도로 볼 때 앞으로 15년 후면 반도체 시장을 초월할 정도의 시장으로 성장할 것이라는 예측을 내놓고 있다.
이에 따라 최근 들어 태양전지 수요 급증과 단결정 웨이퍼 대신 원료수급과 경제성이 우수한 다결정 웨이퍼의 수요가 증가하면서 다결정 웨이퍼가 태양전지 시장에서 주력제품으로 자리매김해 오고 있다.
그러나 국내 태양전지용 실리콘 잉곳(실리콘 덩어리) 및 웨이퍼 기술개발은 침체기를 걸으면서 경쟁력을 잃어갔다.
한국화학연구원 바이오리파이너리연구센터 문상진 박사는 이처럼 열악한 국내 태양광산업의 `붐업(Boom-up)'을 위해 오로지 한 우물만을 파 온 태양전지 전문가다. 태양전지를 연구하다가 예산이 끊겨 한 때 연구를 중단해야 하는 어려움을 겪기도 했지만 꾸준한 연구개발을 통해 태양전지용 핵심소재와 웨이퍼 양산기술을 국내에서 처음으로 개발하는데 성공했다.
문 박사가 개발한 것은 다결정 실리콘 잉곳과 웨이퍼를 저렴하게 양산할 수 있는 기술이다. 이 연구는 산업자원부 신재생에너지센터 신재생에너지 기술개발사업 과제의 일환으로 (주)글로실과의 공동연구를 통해 진행됐다. 다결정 실리콘 잉곳 제조기술은 일반적으로 일방향성 응고(DS)기술을 활용해 하나의 도가니에서 용융과 방향성 응고를 차례로 실시하는 기술을 의미한다. 공정의 신뢰성이 비교적 높고 중저 규모의 생산용량에 적용이 용이해 세계적으로 가장 많이 채택되고 있는 주된 기술이다.
문 박사는 "이번에 개발한 다결정 실리콘 잉곳 제조기술은 DS 기술을 기본으로 채택했으나 결정성이 양호하고 불순물이 극소화된 고품질 실리콘 잉곳을 높은 공정효율로 제조하기 위해 화학연의 고효율 전열제어 시스템과 자동화 시스템, 고충진 시스템을 도입한 차세대 공정기술"이라고 설명했다.
이 기술을 통해 다결정 실리콘 잉곳 생산비용을 20% 이상 획기적으로 줄일 수 있고 결정성장 속도가 크면서도 결정결함을 크게 낮춰 양질의 잉곳 제조와 배취당 충진량을 25% 이상 늘릴 수 있어 선진국에 비해 생산성을 40% 가량 향상시킬 수 있게 됐다.
이 기술은 지난해 2월 태양전지용 실리콘웨이퍼 제조업체인 글로실에 이전돼 선진국의 생산규모인 240kg/batch 수준 이상인 300kg/batch 규모로 상용화하는데 성공해 본격적인 양산에 들어갈 예정이다.
문 박사는 이와 함께 차세대 박판형 결정질 실리콘 태양전지의 기반이 될 200~130㎛급의 박판 웨이퍼 제조기술을 확보했으며 이를 통해 얻어진 잉곳과 웨이퍼의 결정구조와 크기, 결정결함 농도 및 불순물 농도, 비저항, 전하수명 등 소재의 광ㆍ물리화학적 물성분석 및 평가기술도 동시에 확보했다. 현재 시험생산 단계에서 2건의 국내 특허등록과 실증화 단계에서 4건의 국내특허를 출원했다.
문 박사는 "이번 양산기술 확보로 저가 고효율 다결정 실리콘 잉곳 제조 장치의 국산화를 이루게 됐다"면서 "앞으로 지속적인 연구개발을 통해 내년 상반기까지 450kg/batch급의 세계적인 차세대 잉곳/웨이퍼 양산기술을 개발하는데 주력하겠다"고 말했다.
