김경중 표준연 박사팀, '다성분 합금 CIGS 박막 조성' 분석 기술 개발

차세대 태양전지로 불리고 있는 박막형 태양전지의 문제점을 해결할 수 있는 기술이 개발됐다. 한국표준과학연구원(원장 강대임)은 김경중 재료측정표준센터 박사가 박막 태양전지 제작 공정 시 필수 요소지만 분석 난제 중 하나였던 '다성분 합금인 Cu(In,Ga)Se2(이하 CIGS) 박막의 조성'을 정확하게 분석하는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

CIGS는 광전변환 효율이 높고 저가격·고효율을 실현할 수 있어 박막 태양전지 재료 중 최적의 대안으로 평가 받고 있다. 현재 실험실 수준에서 측정된 최고 효율은 20% 이상이며, 대면적의 상용 전지로 개발되면 8∼14%의 효율을 보일 수 있을 것으로 예상되고 있다. 연구팀은 비율 뿐만 아니라 깊이에 따른 분포까지 분석할 수 있는 기술을 개발해 냈으며, 특허 등록까지 완료한 상태다. 이 기술은 지금까지 분석이 어려웠던 CIGS 박막의 조성을 정확하게 분석하는 표준화 기술로 평가되고 있다. 김 박사는 "CIGS 박막 태양전지가 일본, 독일, 미국 등 선진국에서 이미 상용화되고 있으며, 우리 기업들의 투자도 계속 되고 있다"며 "관련 분야에 적합한 조성 분석법 개발을 통해 해외 업체들과의 경쟁구도에서 품질로써 경쟁력을 갖출 수 있을 것"이라고 말했다.

앞으로 연구팀은 다성분 합금박막의 조성 및 깊이분포도 분석 절차에 대한 국제표준을 제정하고 인증표준물질을 개발해 산업체에 보급할 계획이다. 또한 세계 표준기관이 참여하는 국제도량형위원회(BIPM) 표면분석 분야의 국제비교(KC: Key Comparision)를 주도해 표준연이 CIGS 박막 조성 분석 분야에서 국제사회의 선도적 위치를 지켜나갈 것이라고 전망했다.

◆ 용어풀이

▲CIGS : Cu(In,Ga)Se2 박막으로 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)이 각각 2:1:1:4의 비율로 이루어진 결정성 박막임. CIGS는 4가지 원소 화합물의 첫 스펠링을 조합한 단어로 이를 기판에 증착, 빛을 흡수하여 전기를 생산함. 유리기판 위에 전극 역할을 하는 금속막을 깔고 그 위에 CIGS 박막을 증착한 후 광흡수층·버퍼층·투명전극·반사방지막 등을 배치하고 그 위에 전면전극을 배치함으로써 CIGS 박막 태양전지가 완성됨

▲이차이온질량분석법 (Secondary Ion Mass Spectrometry) : 충분한 에너지를 가진 일차 이온을 고체 시료에 조사하면 시료 표면에서 입자들이 나옴. 이 중에서 이온화된 성분인 이차이온의 질량을 분석해 표면에 존재하는 원소의 종류, 상대적인 조성 및 화학 상태 등을 알아낼 수 있는 대표적인 표면분석 방법임. 이 방법을 활용해 특정 원소의 깊이에 따른 분포도를 측정할 수 있음.
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