우리얘기

KISTI(한국과학기술정보연구원)이 교육과학기술부와 공동으로 그린카, 대체수자원, 그린IT, 이차전지, 태양전지 등 녹색기술 5개 분야의 선진국 기술수준 및 기술개발 동향을 파악할 수 있는 녹색기술 지식맵을 작성했습니다.

이번 지식맵은 산업시장 전망, 기술수준, 국제협력 관계, 핵심연구 분야 등을 정량적으로 분석하고 주요 선도기업의 기술개발 동향을 제시함으로써 기업들이 연구개발 및 기술 상용화 단계에 적극 활용하여 미래의 불확실성과 위험에 대응할 수 있도록 마련됐습니다.

KISTI가 5개 분야의 국가경쟁력, 특허보유 수준, 기술역량을 종합적으로 검토한 결과에 따르면 미국과 일본은 자본 경쟁력과 무형자본 경쟁력에서 앞서고, 한국은 GDP 규모에 비해 R&D 투자 비율과 특허수준이 상대적으로 높았습니다.

또 특허활동지수 변화를 통한 R&D 현황에서 그린카 분야는 독일, 프랑스 및 이탈리아, 대체수자원 분야는 영국과 이탈리아, 그린 IT 분야는 캐나다와 미국, 이차전지 분야는 중국과 한국이 강세인 것으로 나타났습니다.

 ① 그린카
 ㅇ 하이브리드자동차는 일본, 클린디젤자동차는 유럽 중심으로 기술력이 우세하고, 전기자동차는 일본과 미국이, 연료전지자동차는 미국이 기술적 우위에 있음
 ㅇ 단기적으로 일본, 유럽과 경쟁할 수 있는 하이브리드자동차, 클린디젤자동차 개발에 집중하는 한편, 중장기적으로는 전기자동차 및 연료전지자동차 개발에 주력하는 것이 바람직함

 ② 대체수자원
 ㅇ 미국, 일본, 독일, 이탈리아 등의 선도 기업이 기술 및 시장을 주도하고 있으며, 향후 중국 기업이 강력한 경쟁자가 될 가능성이 있음

 ㅇ 국내 기업의 취약 영역인 멤브레인, 필터, 분리막 등의 핵심소재 부분과 시스템 엔지니어링 및 운영기술 부분에 대한 기업의 연구개발 및 국가 R&D 지원을 통해 경쟁력 확보가 시급

 ③ 그린 IT
 ㅇ 향후 서비스 시스템으로의 확장은 물론 다른 기술과의 융합이 촉진될 것으로 전망
 ㅇ 전력공급의 문제를 해결하기 위해 에너지절감 및 에너지관리와 관련된 정부차원의 지원 및 에너지저장장치 분야와 연동한 사업아이템의 출현이 예상됨
 ㅇ 국가마다 전력감축과 고효율화를 위한 추진방향이 다른 것으로 추정되며, 국내는 클라우드 컴퓨팅 분야에서 고속정보통신 인프라를 활용한 상호 연계나 망제어 부분이 발전할 것으로 전망됨

 ④ 이차전지
 ㅇ 에너지저장시스템에 대한 높아지는 관심과 함께 중대형 이차전지 수요가 증가하면서 이차전지 시장 점유율이 높은 국내 기업에게 기회가 되고 있음
 ㅇ 국내 기업은 우수한 제조기술력에 비해 핵심소재?부품 기술력이 취약한 편이나, 신소재 개발 및 소재 특성에 따라 중소기업에서 빠른 시간에 진출 가능한 분야이므로, 이에 대한 R&D 지원이 필요함 

 ⑤ 태양전지
 ㅇ 대기업의 수직계열화가 진행되면서 대기업을 중심으로 시장전환이 이루어지고 있음
 ㅇ 시장이 커지고 있는 박막 태양전지와, 염료감응 및 유기 등 3세대 태양전지의 상용화를 위한 기술 개발이 시급함
 ㅇ 국내 기업의 취약한 부분인 부품?장비 분야를 육성하기 위해 반도체 디스플레이 산업 발전 사이클에서 힌트를 얻어 중소기업과 대기업의 협력체제 구축을 통한 중견 장비기업의 육성이 필요함

태양전지 시장은 현재 중국과 유럽 업체들이 주도하는 결정형 실리콘 태양전지가 주류를 이루고 있습니다.

결정형 실리콘 태양전지는 높은 효율과 안정적인 성능을 갖고 있지만, 제조비용이 높은 단점이 있습니다.

이에 CIGS(Cu, In,Ga, Se2)  박막형 태양전지가 재료 소모가 적고 공정이 간단하며, 비용이 적게 들어 차세대 태양전지로 각광받고 있지만, 낮은 효율과 이를 해결하기 위한 제조 공정의 최적화 문제가 남아있습니다.

최근 국내 대기업들이 CIGS 박막 태양전지의 상용화를 시도하고 있지만 핵심 제조 기술은 선진국에 의존하고 있는 실정입니다.

이는 공정 상태에 따른 박막의 성분 비율 등에 대한 분석이 어려워 기존의 제조 공정을 그대로 따라하는 수준을 벗어나지 못하고 있기 때문입니다.


□ KRISS(한국표준과학연구원) 재료측정표준센터 김경중 박사가 박막 태양전지 제작 공정 시 필수 요소지만 분석 난제 중 하나였던 '다성분 합금인 CIGS 박막의 조성'을 정확하게 분석하는 기술을 개발했습니다.

CIGS는 광전변환 효율이 높고 저가격·고효율을 실현할 수 있어 박막 태양전지 재료 중 최적의 대안으로 평가받고 있습니다.

현재 실험실 수준에서 측정된 최고 효율은 20% 이상이며, 대면적의 상용 전지로 개발되면 8~14%의 효율이 예상됩니다.

연구팀은 이차이온질량분석법(SIMS)을 이용하여 CIGS 박막의 구성 원소인 구리, 인듐, 갈륨 및 셀레늄의 상대적인 비율 뿐 아니라 깊이에 따른 분포까지 분석할 수 있는 기술을 개발했습니다.

이 기술은 지금까지 분석이 어려웠던 CIGS 박막의 조성을 인증표준물질을 이용하여 정확하게 분석하는 일종의 표준화 기술입니다.

이번 분석기술 개발은 공정 조건 변화에 따른 CIGS 박막의 조성 및 깊이분포를 분석하고 모니터링 하여 공정을 최적화함으로써 태양전지 제조에 대한 이력관리를 가능하게 해 국내 박막 태양전지 산업의 새로운 원천기술 개발을 촉진할 전망입니다.

□ 이번 기술 개발에는 ETRI 박막태양광기술연구팀의 CIGS 박막 제작 기술과 KRISS 분석화학센터의 정량 분석 기술이 매우 중요한 역할을 했습니다.

균질한 CIGS 박막을 제작하고 그 조성을 인증함으로써 대표적인 깊이분포도 분석법인 이차이온질량분석법에 의한 조성 분석 결과의 신뢰성을 확인했습니다.

앞으로 연구팀은 다성분 합금박막의 조성 및 깊이분포도 분석 절차에 대한 국제표준을 제정하고 인증표준물질을 개발해 산업체에 보급할 방침입니다.

또한 세계 표준기관이 참여하는 국제도량형위원회(BIPM) 표면분석 분야의 국제비교(KC: Key Comparision)를 주도하여 KRISS가 CIGS 박막 조성 분석 분야에서 국제사회의 선도적 위치를 지킬 계획입니다.

이차이온질량분석기를 활용해 CIGS 박막의 깊이분포 등을 측정하는 모습

 용  어  설  명

CIGS :
Cu(In,Ga)Se2 박막으로 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga), 셀레늄(Se)이 각각 2:1:1:4의 비율로 이루어진 결정성 박막.
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.

한국기계연구원 김동수 박사(선임연구본부장)와 이학주 박사(나노역학연구실 책임연구원)가  교육과학기술부와 한국과학기술기획평가원(KISTEP)이 주관하는 ‘국가연구개발사업 우수성과 100선’에 선정됐습니다.

올 해 우수성과 100선은 지난 2009년 국가연구개발사업 성과를 대상으로 총 16개 부·청에서 추천한 328건 가운데 선정위원회의 심층 평가를 거쳐 선정됐습니다.

  
‘기계·소재’ 분야에서는 총 17개의 우수성과가 선정됐습니다.
이 가운데 김동수 박사의 ‘나노박막 태양전지 생산용 롤(Roll) 프린팅 기술’과 이학주 박사의 ‘10㎚급 나노측정 원천기술’로 각각 우수성과에 꼽혔습니다.