디스플레이와 에너지

호서대학교 디스플레이 공학부 배병성교수

그 동안 기름값이 오르며 주변에 많은 영향을 미쳤고 그 중의 하나는 태양전지에 대한 관심이 높아 진 것일 것이다. 과거 오일 쇼크 때도 많은 영향이 있었는데 그 때도 태양 전지에 대한 관심이 높아서 태양 전지 연구를 많이 하게 되었다.  태양 전지에는 여러 가지 종류가 있지만 그 중에 하나는 유리 기판 위에 아모포스 실리콘을 증착하여 만드는 박막 실리콘 태양 전지 이다.  이 아모포스 실리콘은 TFT LCD를 제작할 때도 사용이 되는 재료이다.
그러나 우리나라에서 TFT LCD 가 본격적으로 시작이 된 것은 80년대 중반을 거쳐 90년대이고 박막 태양 전지는 그 전부터 연구가 시작이 되었다.  아모포스 실리콘의 응용분야로서 박막 태양 전지가 먼저 연구가 된 것이다.  그러나 아모포스 실리콘 박막 태양 전지는 결정이나 다결정 실리콘 웨이퍼로 만들어 지는 태양 전지 보다 효율이 낮아 상용화를 위해서는 효율을 더 올려야 했고 그 때문에 상업화가 지연이 되었다.
80년대 부터 TFT LCD 산업이 활성화되고 아모포스 실리콘이 상용 제품에 이용이 되는 대표적인 소자가 되었다.  전기적 특성이 결정 실리콘에 비해 훨씬 떨어지지만 유리 기판위에 공정이 가능하고 공정 비용이 저렴하여 아모포스 실리콘이 디스플레이에 본격적으로 적용이 되고 상용화 되고 거대 산업을 이루게 되었다.  그러나 아모포스 실리콘 박막 태양 전지는 낮은 효율로 상용화가 본격적으로 이루어지지 못하였다.
아모포스 실리콘 박막 태양 전지 연구 대신 TFT LCD 에 사용이 되는 박막 트랜지스터에 더 관심을 가지게 되었고 박막 트랜지스터와 관련 된 연구가 활기를 띠게 되었다. 동일한 증착 설비를 사용하고 동일한 재료이므로 박막 트랜지스터나 박막 태양 전지는 비슷한 연구 영역에 속한다.  트랜지스터의 특성 향상이나 안정성 등에 대한 연구가 이루어지고 제품에 응용하기 위한 관련 연구도 진행이 되었으며 TFT LCD 는 주요한 산업으로서 자리를 잡았고 관련 소재 부품 그리고 장비들도 함께 발전을 하였다.
TFT 제조 주요 장비들은 아모포스 실리콘 박막 태양 전지 제조에 사용이 될 수 있어서 TFT LCD 제조 업체 들은 박막 태양 전지에 쉽게 접근 할 수 있고 많은 업체들이 이미 박막 태양 전지도 같이 연구 개발을 하고 있으며 TFT 장비 제작사들도 박막 태양 전지용 장비도 또한 제작 판매를 하고 있다.  최근 원유 가격이 상승하면서 태양 전지에 대한 관심이 전 세계적으로 다시 높아지고 있으며 박막 트랜지스터 관련 연구에서 다시 또 태양 전지 연구 개발로 관심이 고조 되고 있다.
유리 위에 아모포스 실리콘이 수백 옹스트롱의 얇은 두께로 증착이 되면 노란 색으로 투명한 상태에서 증착 두께의 막이 수천 옹스트롱으로 두꺼워 지면 점차 색이 진해져서 붉은색에서 진한 와인색으로 변하게 되는데 주로 짧은 파장의 빛이 상대적으로 더 많이 흡수가 되기 때문이다. 박막 실리콘 태양전지는 실리콘 막을 통해서 빛이 일부 통과를 하므로 건물의 유리창을 박막 태양전지로 만들면 유리창의 역할을 하면서도 태양 전지의 역할도 할 수 가 있다.
아모포스 실리콘은  결정 실리콘에 비하면 빛의 흡수율이 훨씬 높은데 빛이 흡수가 많이 되므로 실리콘의 두께를 1 마이크로미터 이하로 얇게 해도 빛을 많이 흡수하며 태양 전지의 효율을 올릴 수가 있어 태양전지를 만드는데 소모되는 실리콘의 양이 상대적으로 작다.  그러나 박막 태양전지의 효율은 웨이퍼를 이용하는 태양 전지에 비해 상대적으로 효율이 낮아 효율을 올리기 위한 연구 개발이 진행 되고 있고 생산성을 올리고 공정 비용을 낮추기 위한 연구 개발도 진행이 되고 있다.
TFT LCD의 제조를 위해 축적된 공정 장비 소재 부품 기술 들이 박막 태양전지 제조에도 응용이 될 수 있어 이 분야의 적극적인 지원이나 관심으로 빠른 시간 안에 태양 전지 산업도 발전이 될 수 있도록 할 필요가 있다.  그 동안 반도체 디스플레이 분야의 산업 발전은 관련 장비나 소재 부품의 발전을 가져왔고 이렇게 구축된 자원을 활용하여 태양 전지나 기타 관련 신재생 에너지 부분의 발전도 가속화 시킬 수가 있다.  일본이나 유럽 그리고 중국 등이 이미 태양 전지 산업화에 앞서가고 있으며 우리나라도 빠른 시간 안에 태양 전지 산업의 기반을 발전시킬 필요가 있다.

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