고효율 화합물 반도체 태양전지의 상용화를 앞당길 수 있는 다층성장기술을 이용한 제조기술이 한미 공동연구진에 의해 개발됐다.

20일 교육과학기술부에 따르면 한양대 백운규 교수 연구팀과 미국 일리노이대 로저스 교수(John A. Rogers) 연구팀은 웨이퍼 위에 화합물 반도체 층과 분리 층을 각각 번갈아 연속적으로 성장시켜 한 장의 웨이퍼 위에 여러 층의 소자를 성장시킬 수 있는 다층 성장기술 개발에 성공했다.

이 기술을 활용해 화합물 웨이퍼 한 장당 40층의 소자를 구현할 경우, 40개의 소자를 각각 40장의 웨이퍼에 성장하는 기존의 방법에 비해 총 공정비용 중 웨이퍼 비용이 차지하는 비율을 42.4%에서 4.2%로 감소시키고 공정시간을 1/10로 단축시키는 절감 효과가 있다고 연구진은 설명했다.

저탄소녹색성장을 선도하는 기술로 2003년 이후 매년 35% 이상 급성장, 2030년에는 2,700억달러 규모의 시장으로 성장할 것으로 전망되는 태양전지 시장은 제조비용이 저렴한 실리콘계 태양전지가 전체의 약 95% 이상을 점유하고 있다.

반면 화합물 반도체 태양전지는 실리콘계보다 2배가량 높은 40% 가량의 효율을 낼 수 있지만 제조단가가 높아 우주산업과 같은 특수 분야에만 제한적으로 사용되며 5% 미만의 시장점유율에 그치고 있는 실정이다.

이번 기술 개발은 화합물 반도체 태양전지 상용화의 큰 걸림돌이었던 고가의 비용문제를 해결하였을 뿐 아니라, 제조 공정 시간을 획기적으로 단축시킴으로써 화합물 반도체 태양전지의 상용화를 앞당길 수 있다는 데 큰 의미를 둘 수 있다는 것이 교과부의 설명이다.

이밖에도 다층으로 성장된 반도체 층은 플라스틱을 포함한 다양한 기판으로 옮겨 태양전지를 제작할 수 있기 때문에 기존의 공정으로는 불가능했던 플렉시블 태양전지 제작도 가능하다.

플렉시블 태양전지는 차세대 플렉시블 디스플레이의 전원 공급원으로 그 수요가 증가할 것으로 예상된다.

또, 화합물 반도체는 실리콘 반도체에 비해 전자 이동도가 10배 이상 빨라 반도체의 초고속화와 적외선 카메라의 탐지능력 증가를 위한 차세대 반도체 재료로도 각광을 받고 있다.

백운규 교수는 “이번에 개발한 화합물 반도체 다층 성장기술은 고효율 태양전지뿐만 아니라 차세대 반도체, 논리소자 및 적외선 카메라 등 다양한 고부가가치를 갖는 차세대 소자에 적용될 수 있으며, 우리나라 태양광 산업, 고속 논리소자, 반도체 산업 등 미래 신성장 동력 창출에 크게 기여할 수 있는 핵심원천 기술”이라고 말했다.

한편, 교육과학기술부(장관 안병만)와 한국연구재단(이사장 박찬모)이 추진하는 국제공동연구사업(글로벌연구실사업)의 지원을 받아 수행된 이번 연구의 결과는 세계 최고 권위의 과학저널인 네이처(Nature) 20일자에 게재됐다.