Electrochemical reduction of SiO2 to Si in molten CaCl2 (Abstract)
염화칼슘 용융염에서 SiO2의 전기화학적 환원
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임태호 숭실대 보급형 태양전지의 핵심 요건은 효율성, 경제성, 안정성이다. 이러한 요건에 가장 근접한 태양전지는 실리콘을 기반으로 한 실리콘 태양전지이다. 하지만 아직까지 자본비 및 전력생산단가가 기존 화석연료에 비해 상당히 높은 것이 현실이다. 특히, 총 태양전지 제작비용의 약 40%가 태양전지급 실리콘(solar-grade silicon)의 생산에 소비될 정도로 태양전지급 실리콘의 생산에 많은 에너지와 비용이 소모되고 있다. 따라서 기존 태양전지급 실리콘 생산 공정을 저렴한 생산 기술로 대체할 수 있다면 실리콘의 생산단가를 크게 절감할 수 있을 것으로 예상하고 있다. 본 연구에서는 알루미나(Al2O3)를 전기화학적인 방법을 이용해 Al으로 환원시켜 추출하는 홀 공정(Hall process)에 착안, 실리카(SiO2)를 전기화학적으로 환원하는 방법을 연구하였다. 일반적으로 전기화학적 환원법은 전기화학적으로 금속 이온 또는 산화 물질을 전극 표면에 환원시키는 공정으로, 다른 공정에 비해 비교적 방법이 간단하고 공정 변수 조절이 쉬워 대량 생산에 적합하다. 이에 본 연구에서는 전기화학적 환원법을 이용, 염화칼슘(CaCl2) 용융염에서 실리카 입자를 직접 환원시켜 태양전지를 위한 반도체인 실리콘을 형성하고 이의 형성 메커니즘을 분석하였다. 또한 광전기화학 분석법을 이용해 형성된 실리콘이 p형 성질을 나타냄을 확인할 수 있었으며, 그 순도도 태양전지급 실리콘의 순도인 6N(99.9999%)과 유사하였다. |