물질·재료연구기구(NIMS) 반도체재료센터의 고마츠 쇼지로(小松正二郞) 그룹리더 등은 가시광에 대하여 투명하고, 더욱 튼튼한 재료(고온내화물(耐火物))의 하나인 고밀도 질화붕소(sp3-결합성 BN)에 의한 태양전지의 시작에 세계 최초로 성공했다.

지구 온난화, 연료자원의 고갈·가격 상승에 대처하기 위하여 여러가지 에너지 절약기술·신에너지 개발이 활발히 진행되고 있다. 그중에서도 태양전지는 실리콘 태양전지의 실용화에 의해 보급이 세계적으로 이루어지고 있다. 그러나 실리콘에는 없는 기능이나 특징을 갖는 태양전지 재료를 발견, 개발할 여지도 아직 많이 남아 있어, 개발 경쟁은 심하다. 이번 발표하는 BN/Si계 태양전지는 지금까지 보고된 예가 없고, NIMS가 세계 선두로 착수하여 제작에 성공했다.

BN은 자외 레이저나 투명 트랜지스터 등을 가능케 하는 와이드 밴드갭(wide band gab) 반도체로 기대되고 있는 재료지만 종래에는 반도체화에 필요한 도핑(doping)이 어려웠다. 금번, 고밀도 BN박막의 도핑에‘레이저 믹싱·플라즈마 CVD법’이라고 하는 독자적인 방법을 이용한 결과, 세계 최초로 BN/Si 헤테로 다이오드의 제작에 성공했다. 이것을 이용하여 태양전지를 시작한 바, 2% 정도의 발전 효율을 나타냈다. 이것은 현재 가장 앞서있는 실리콘 태양전지의 수준(18%)과 비교하면 큰 차이가 있지만, 세계 최초로 시작된 BN/Si 헤테로 다이오드 태양전지의 초기 데이타로서는 전도유망한 값이라 생각된다.

금번 이용된 레이저 믹싱·플라즈마 CVD법은 다이아몬드와 동등한 원자간 결합 양식을 갖는 고밀도BN(sp3-결합성 BN)이 합성됨과 동시에 실리콘의 도핑이 진행되는 프로세스이며, 이로 인해 세계 최초로 BN/Si 헤테로 다이오드가 실현되었다. 또, 레이저 믹싱·플라즈마 CVD는 원 스텝으로 태양전지 셀을 제작할 수 있는 것도 특징이며, 이 제조법에서는 전지박막의 표면이 미크론 크기의 콘(cone)으로 덮여지기 때문에 태양광의 반사를 억제할 수 있어, 빛 흡수 효율의 향상에 도움이 된다.

BN/Si 태양전지는 특히 내구성, 신뢰성, 내후성(耐候性) 등의 요구가 엄격한 무인 관측장치나, 우주환경 등의 용도에 특화된 것이 제품화될 예정이다. 향후, 이번 제작에 성공한 p형BN에 더하여 n형BN을 제작하고, 전체가 BN제의 호모 다이오드를 제작할 예정이며, 이 경우 가시광에 대하여 투명한 전지가 가능하다.

이것으로 인해, 축전지와의 조합에의한 차량 탑재형 선루프 발전 시스템, 선글라스나 창문에 붙일 수 있는태양전지 등의 개발이 기대된다.

본 연구 성과는 9월5일 개최되는 응용물리학회(쥬부대학(中部大學))에서 발표될 예정이다.

KISTI Nano Weekly / NIMS 2008.09.04