자원 소비를 최소화하고 재활용을 최대화한 태양전지 개발

자원 소비를 최소화하고 재활용을 최대화한 태양전지 개발

EU의 지원으로 진행된 Eco-Sola 프로젝트는 자원의 소비를 최소화하고 사용가능한 부품들의 재활용을 촉진함으로써 태양전지 생산의 가치사슬(Value chain) 효율성을 극대화하는 것을 목적으로 함.

EU의 공동과제 중 하나는 환경친화적 재생에너지 개발을 통해 지속가능한 에너지 생산 체계를 구축하는 것임. 유럽은 우수한 태양에너지 시스템 기반을 갖추고 있지만 그 방식은 여전히 수취-제조-처분(Take-Make-Dispose)의 원리를 따르고 있음. 자원을 채취하여 제품을 생산하고 수명이 다하면 제품을 버리는 시스템은 지나치게 자원 의존적이며 가치 있는 자원의 소비를 부축임.

Eco-Solar 프로젝트는 자원의 효율성을 극대화하고 순환 경제적 사고를 고취하는 것을 목적으로 함. Eco-Solar 프로젝트는 실리콘 입자 결정(Silicon ingot crystallisation)에 사용된 아르곤 가스의 95%를 재생할 수 있는 간단하면서도 비용 효율성이 높은 기술을 도입하였음. 기술의 원리는 배기가스의 가연성 물질을 이산화탄소나와 물로 변환시켜 재사용될 수 있는 고순도 아르곤만을 걸러내는 화학루프연소(chemical looping combustion)를 기반으로 함.

실리콘 입자 결정을 위해 연구원들은 질산 규소 세라믹을 기반으로 하는 내연성 용기를 제안하였음. 이 용기는 생산이 완료 된 후에 남은 입자들을 쉽게 제거할 수 있을 뿐 아니라 불순물이 실리콘으로 유입되는 것을 방지하고 결정 과정에서 발생하는 문제들을 감소시킴.

실리콘 웨이퍼(Silicon Wagfer)는 큰 실리콘 블록을 절단하여 생산하는데 Eco-Solar 프로젝팀은 약 60μm의 얇은 다이아몬드 와이어를 사용하여 절단공정을 향상시켰음.

Eco-Solar 프로젝트는 실리콘 웨이퍼를 형성할 때 발생하는 실리콘 가루의 재활용에 대한 연구도 진행하였음. Eco-Solar 프로젝트의 연구책임자 마틴 벨만(Martin Bellmann) 박사는 산업 절단 공정에서 원 재료의 45%가량이 미세한 실리콘 가루형태로 소실되어 버려지고 있다는 점을 지적하며 Eco-Solar 프로젝트의 새로운 기술로 실리콘 입자 결정, 질산분리 내연성 용기 제조, 리튬이온 베터리 제작 등에 재활용 될 수 있도록 폐기물을 정제할 수 있다고 강조함.

인(phosphorus)을 실리콘 웨이퍼로 확산시키는 것은 태양전지 제조의 주요한 단계 중 하나임. 연구자들은 인이 확산된 후의 몇 가지 습식화학과정을 조합하여 태양전지 제작의 탄소 배출량 및 폐기물을 줄일 수 있는 단일처리과정 개발에 성공하였음. 또한 연구자들은 웨이퍼 과정에 사용된 물의 90% 이상을 절약할 수 있는 특정 산업 시스템의 가능성을 연구하였음.

Eco-Solar 프로젝트 연구자들은 태양전지 제작에 사용되는 은의 양을 줄이기 위한 태양전지 구조에 대한 연구를 진행하였으며 은 함량을 35%까지 줄일 수 있는 개선된 구조를 개발하였음.

이 프로젝트의 또 다른 성과는 태양전지의 작은 결함도 인식 할 수 있는 자동화된 시스템의 개발이라고 할 수 있음. 레이저 가공으로 결함이 없는 부분을 절단하거나 격리하는 이 시스템을 통해 폐기 태양전지의 양을 50%까지 축소시킬 수 있었음.

Eco-Solar 프로젝트의 미래지향적 개념은 전체 가치사슬 검토를 통해 자원 효율성을 높이고 자원의 재생산/재활용을 가능하게 함. 이것은 유럽의 지속가능한 태양에너지 개발에 중요한 요소로 작용할 것으로 기대됨.

출처: CORDIS

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Heewon Shim

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