효율 2배로 높인 태양전지 기술 개발

백운규 교수, 美연구팀과 함께

지금보다 에너지 효율이 2배 이상 높은 차세대 태양전지를 대량 생산할 수 있는 기술을 한국과 미국 연구진이 함께 개발했다.

백운규 한양대 에너지공학과 교수와 존 로저스 미국 일리노이대 교수팀은 화합물 반도체를 이용해 태양전지를 저렴하게 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다고 19일 발표했다. 이 연구는 국제학술지 ‘네이처’ 20일자에 실렸다. 논문의 제1저자는 조성진 한양대 연구원(박사)과 윤종승 일리노이대 연구원(박사)이다.

태양전지 시장의 95%를 차지하고 있는 실리콘 태양전지는 제조비용은 싸지만 태양에너지를 전기로 바꾸는 효율이 24% 정도밖에 안 된다. 이에 비해 화합물 반도체로 만든 태양전지는 효율이 40%로 실리콘 태양전지보다 2배가량 높지만 제조비용이 워낙 비싸 인공위성 등 특수 분야에만 사용돼 왔다. 화합물 반도체는 두 가지 종류 이상의 원소로 만들어진 반도체로 실리콘 반도체보다 전자 이동 속도가 10배나 빠르다.

이들은 하나의 웨이퍼 위에서 화합물 반도체 소자를 여러 층으로 겹쳐 만든 뒤 분리하는 ‘다층 성장기술’을 공동 개발했다. 백 교수는 “웨이퍼 한 장에 40층의 소자를 만들 수 있어 기존 방법에 비해 전체 공정에서 웨이퍼 제작비용과 공정시간을 10분의 1로 줄일 수 있다”고 설명했다. 또 연구팀은 이 기술을 이용하면 플라스틱 등 다양한 기판 위에 태양전지를 만들 수 있어 휘는 태양전지도 만들 수 있을 것으로 기대했다.

백 교수는 “이번에 개발한 기술은 고효율 태양전지뿐만 아니라 차세대 반도체, 적외선 카메라 등 다양한 차세대 소자에 적용할 수 있다”고 밝혔다. 태양전지시장은 2003년 이후 매년 35% 이상 성장하고 있으며 2030년에는 2700억 달러 규모로 성장할 것으로 전망된다.

김상연 동아사이언스 기자 dream@donga.com