나노입자 제조기술

나노입자 제조기술 

태양광 사업의 핵심은 발전 단가를 낮추는 것이며 태양전지 셀이 전체 가격의 60%을 차

지하기 때문에 경쟁력 있는 기판 소재를 확보하는 것이 중요하다. 금속 공정에 의한 실리

콘의 정제 기술은 최근 수년 간 주목을 받는 기술로 ① 일방향 성장에 의한 고순도화 기술,

② 전자총 혹은 플라즈마를 이용한 특정 원소에 대한 저감기술, ③ 분위기(산소분압) 조절

에 의한 승화법, ④ 특정 원소 첨가에 의한 슬러지 형성 기술이 포함된다(13).

태양전지용 실리콘의 경우는 수십 ppb 수준의 불순물 정도는 허용되며 어떤 불순

물은 ppm 수준까지 큰 문제가 되지 않는 경우도 있다. 이를 태양전지급 (Solar

Grade: SoG) 실리콘이라 부르는데 최근에는 SoG급 실리콘을 비용 면에서 부담이 적

은 금속 공정을 통하여 고순도화 하려는 연구가 선진국을 중심으로 활발히 진행 중

에 있다(14).

최근까지 실리콘 원료로는 반도체급 실리콘의 조성을 일부 조절하여 제조하거나

잉곳 성장 시 부산물 등을 다시 정제하여 사용하는 방법이 일반적인 원료 공급선이

었으나 태양전지 시장이 급성장함에 따라 초고순도 실리콘 가격 상승과 수급 불균

형이 심화되었고 이를 해결하기 위하여 태양전지 전용 SoG급 실리콘을 개발하려는

연구가 활발히 진행되고 있다.

새로운 SoG 실리콘의 공급원으로는 기존의 화학적인 공정을 통한 고순도화가 아

닌 금속 공정을 이용하여 실리콘 원료를 제조하는 것으로 제조단가와 공정시간 측

면에서 경쟁력이 있는 방법이다.

일본에서는 1990년대에 들어서면서 태양전지가 향후 에너지 산업의 기반이 될 것

으로 판단하고 금속 공정을 이용해서 SoG급 태양전지를 양산할 수 있음을 확인하

였다. JFE Steel은 2003년부터 독자적인 응고 기술을 활용하여 원료를 생산하고 이

를 웨이퍼 제조에 이용하고 있고 연 200톤 규모의 플랜트를 2006년에 가동하여 양

산화를 추진하고 있다.

금속급 실리콘 원료의 고순도화 방법은 99.5% 순도의 금속급 실리콘 덩어리를 불

순물 제거를 위해 3% HCl 수용액 속에서 유성밀(planetary mill)을 이용하여 미분을 만

든다. 얻어진 분말을 HF/HNO3/HCl 용액에 처리하여 최종 순도 99.99%를 갖는 실리콘

분말을 얻었다.

잉곳의 제조를 위한 공정으로는 실리콘 분말의 비산을 막기 위하여 일축가압성형

을 통하여 cake를 만들고 이를 일방향 응고로에서 실리콘 용융온도보다 50~100℃

정도 높여서 완전히 용융시킨 후에 서서히 냉각하는 방법으로 실리콘 잉곳을 제조

한다. 실리콘 잉곳을 웨이퍼 형태로 가공하여 열전도도 0.2W-cm, 열운반자 소멸시간

2m-s 수준의 실리콘 웨이퍼가 얻어진다.