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실리콘잉크의 제조와 태양전지에의 응용

실리콘 잉크와태양전지에의 그 응용2008110533화학과이 기 혁1. 서론최근 수년간 에너지 문제와 환경문제가 결합되고 증대되면서 이의 해결 수단인 대체 에너지는 이 문제의 해결 수단으로 떠오르고 있다. 대체 에너지는 풍력, 지열, 연료전지, 파력 등이 존재한다. 그 중에서도 태양광 에너지는 신재생 에너지중 가장 빠르게 성장 중이며 ‘14년에는 시장 규모가 900억 달러에 달할 것으로 전망되고 ’20년에는 세계 전력생산의 약 9%를 차지할 전망이다.지금까지 사용되어온 태양전지는 실리콘 단결정 혹은 다결정을 이용해 만든 태양전지이다. 이러한 태양전지는 가정용 전기요금에 비하면 원가가 높다는 문제를 안고 있다. 지표상에 존재하는 실리콘은 많으나 실리콘을 단결정으로 제조할 때 단가가 비싸지기 때문에 실리콘 단결정의 사용을 최소화하려는 노력이 계속되고 있다. 실리콘 잉크를 이용하여 태양전지의 박막을 만드는 것은 이러한 맥락에서의 연구이다. 따라서 실리콘 잉크를 이용한 방식은 지금까지의 방식이 고체 혹은 기체방식을 이용하여 태양전지를 제조한 것과 비교할 때 적은 양의 실리콘 단결정을 사용하고 전력 효율을 높여주기 때문에 원가 절감에 크게 일조한다.다음에서는 실리콘 잉크가 어떻게 제조되고, 어떤 과정을 통하여 태양전지판에 적용되는지를 알아볼 것이다.2. 실리콘 잉크실리콘 잉크는 용매에 실리콘을 포함한 입자가 녹아있거나 콜로이드 상태로 존재하는 것을 말한다. 그 예로는 실리콘 나노입자를 균등하게 분배시켜 콜로이드 상태로 만든 것이나 폴리실레인을 용매에 녹여 사용하는 것, 액상 방법에 의해 Si전구체를 합성한 후 단일벽 탄소나노튜브 또는 그래핀 나노리본을 첨가하여 만드는 방법 등이 있다.3. 실리콘 잉크의 제조실리콘 잉크를 아래에 기술된 방법 이외에도 이와 상이한 방법으로 만들 수는 있지만 여기서는 태양전지에 적용 가능한 실리콘 잉크의 제조법 몇 가지를 소개하려 한다.◇ 방법 (1)실리콘 전구체를 3단계 합성 공정을 통하여 합성하고, 합성된 용액에 단일벽 탄소나노튜브 또는 그라핀 나노리본을 분산시킨 후 이를 이용하여 포토 폴리머라이제이션에 의해 폴리 실란을 형성하고 잉크를 제조하는 방법그림에 소개된 합성 과정1) 디클로로디페닐실란과 리튬을 반응시켜 데카페닐 치환 사이클로펜타실란을 제조.2) 데카페닐 치환 사이클로펜타실란에 염화알루미늄을 첨가한 후 염화수소 가스 또는 브롬화수소 가스 분위기에서 반응시켜 염소화 또는 브롬화된 사이클로펜타실란을 제조.3) 염소화 또는 브롬화된 사이클로펜타실란과 리튬알루미늄하이드라이드로 환원반응하여 마지막의 사이클로펜타실란을 제조4) 마지막 화학식의 사이클로펜타실란에 단일벽 탄소나노튜브 또는 그라핀 나노리본을 첨가하여 분산한 후 광경화하여 폴리실란 잉크를 제조◇ 방법 (2)실리콘 입자를 용매 내에서 물리 화학적 방법으로 분산시키는 방법1) 레이저 열 분해에 의한 분산과 열처리레이저 열분해는 결정질 실리콘 나노입자의 제조를 위한 바람직한 기법이다. 강력한 광원으로부터 나오는 빛이 적절한 전구체의 흐름(precursor flow)으로부터 입자를 형성하는 반응을 유도하는 레이저 열분해에 의하여 합성된다. 원칙적으로 다른 강력한, 비-레이저 광원이 사용될 수 있지만, 레이저는 레이저 열분해를 위한 편리한 광원이다. 나노입자들은 반응 노즐에서 시작하여 수집시스템에서 끝나는 일련의 과정으로 합성된다. 레이저 열분해는, 그 조성과 크기가 매우 균일한 입자의 형성에 유용하다. 다양한 전구체 조성을 도입하는 능력은 선택된 도펀트를 가진 실리콘 입자의 형성을 용이하게 하고, 그것은 고농도로 도입될 수 있다2) 실리콘 나노입자의 도핑 ? 입자의 표면화학 변경도핑된 나노입자를 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어 도펀트는 제조된 입자들의 특성을다양화하기 위해 도입될 수 있다. 일반적으로, 어떠한 적당한 원소라도 필요한 특성을 얻기 위해 도펀트로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 도펀트는 입자의 전기적인 특성을 바꾸기 위해 도입될 수 있다. 특히, 비소(As), 안티몬(Sb) 및/또는 인(P) 도펀트는 실리콘 입자로 도입되어 n-타입 반도체성 물질을 형성할 수 있다.3) 극성 용매 내 분산물의 형성극성 용매 내 분산물의 형성은, 만약 입자들이 입자의 표면에 극성기를 가진다면 용이하게 될 수 있다. 상기한 바와 같이, 적합한 방법은 건조 나노입자 분말을 분산시키고, 분산물 내에서 입자 표면의 변형을 수행하며, 증착을 위한 잉크 등을 제조하기 위해 발견되어 왔다.4) 특성 변형제의 분산물에의 첨가특성 변형제는 분산물에 첨가되어 증착 공정을 용이하게 할 수 있다. 계면활성제는 분산물의 특성에 영향을 미치기 위하여 효율적으로 분산물에 추가될 수 있다. 일반적으로, 양이온성, 음이온성, 양성이온성(zwitter-ionic), 비이온성 계면활성제는 특정한 용도로의 적용에 유용할 수 있다. 어떤 적용예에서, 계면활성제는 입자 분산물을 더욱 안정화할 수 있다. 이러한 적용을 위해, 계면활성제의 선택은 입자 표면의 특성뿐만 아니라, 특정한 분산 용액에 의해 영향 받을 수 있다.4. 실리콘잉크를 이용한 태양전지에의 응용실리콘 잉크를 이용한 방식은 실리콘 잉크를 명확한 선으로 인쇄하고 이 선들 아래의 기판 속으로만 첨가물들을 넣어서 명확한 선택적 방출기를 만들어 효율을 향상시킨다. 방법은 접점 바로 아래에 있는 첨가물들의 높은 농도로 인해서 금속접점의 저항은 낮아질 것이며, 태양전지의 나머지 부분들은 저농도로 첨가된 실리콘을 포함할 것이다. 이것은 태양전지 효율의 급등과 엄청난 금전적 절약을 의미한다. 태양전지의 정확한 부분들에만 고농도로 도핑되는 선택적 방출기가 그처럼 유망한 기술이 되는 이유는 바로 이것 때문이다.그림 1오른쪽의 그림 1 에서도 볼 수 있듯이 원하는 부분에만 도핑을 집중적으로 할 수 있는 것이 실리콘 잉크를 사용하는 장점이라고 할 수 있을 것이다.다음은 실리콘 잉크 프린트 기술로 현재 최대의 효율(>19%)을 보인다고 알려진 Innovalight(현 Dupont)사의 태양전지 제조과정을 설명 한 것이다.◇ Innovalight(현 Dupont)식 실리콘 잉크 태양전지판 제조1) Texturation기판을 세척하고 염기성 수조에서 무작위 피라미드를 형성하기 위한 조직화를 한다.2-1) Silicon Ink Screen Print틀에 대고 프린터를 이용하여 실리콘 잉크를 인쇄한다.2-2)프린터로 인쇄한 후 틀을 들어낸다.3) Diffusion인을 분산시키고 p/n 접합을 형성시킨다.4) PSG removal맨 위 표면에 형성된 PSG층을 제거한다.5) Passivation맨 위 표면을 Silicon Nitride로 보호막을 형성한다.6-1) Metallization프린터를 이용하여 실리콘잉크 위에 은과 알루미늄 혼합물을 심는다.

자연과학| 2015.10.28| 7페이지| 1,000원| 조회(176)

제조, 응용, 태양전지, 실리콘잉크

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장르 간 비교분석/비슷한 모티프를 가진 작품과의 비교(손순매아설화)

[한국문학의 이해]가장 소중한 것을 지키기 위한 가장 소중한 것의 버림목차1. 遜順埋兒 - 손순이 아이를 묻다2. 유사한 모티프를 가진 작품과의 비교1) 나라야마 부시코2) 동자삼 이야기3) 이삭을 버린 아브라함3. 마치며손순은 모량리 사람으로 아버지는 학산이다. 아버지가 세상을 떠나자 아내와 함께 남의 집에서 품을 팔아 곡식을 얻어 늙은 어머니를 봉양했다. 어머니의 이름은 운오였다. 손순에게는 어린 아들이 있었는데 항상 어머니의 밥을 빼앗아 먹자, 손순은 민망하게 여겨 아내에게 말했다.“아이는 또 얻을 수 있지만 어머니는 다시 모실 수 없소. 그런데 아이가 어머니 밥을 빼앗아 먹으니 어머니의 굶주림이 얼마나 심하겠소. 아이를 땅에 묻어 어머니의 배를 채워드리도록 해야겠소.”그러고는 아이를 업고 취산 북쪽들로 가서 땅을 파자 이상한 돌종이 나왔다. 부부는 놀라고 괴이하게 여겨 재빨리 나무위에 걸고 한번 쳐 보니 소리가 은은하여 듣기에 좋았다. 아내가 말했다.“이상한 물건을 얻은 것은 아마도 아이의 복인 것 같으니 아이를 묻어서는 안 되겠어요.”남편도 그렇게 여겨 아이를 종과 함께 업고는 집으로 돌아와 종을 들보에 매달고 쳤다. 그러자 종소리가 대궐에까지 퍼져 흥덕왕이 듣고는 신하들에게 말했다.“서쪽 교외에서 이상한 종소리가 들리는데 맑고 고운 것이 보통 종과 비길 바가 아니니 빨리 가서 조사해 보라.”왕의 사신이 그의 집을 조사하고 나서 그 사유를 모두 아뢰었다.왕이 말했다.“옛날 곽거가 아들을 땅에 묻으려 하자 하늘이 금솥을 내려 주었는데, 지금 손순이 아이를 묻으려 하자 땅에서 돌종이 솟았으니, 곽거의 효도와 손순의 효도를 천지가 함께 본 것이다.”따라서 집 한 채를 내려주고 해마다 벼 50섬을 주어 극진한 효성을 기렸다.손순은 옛 집을 내놓아 절을 삼아 홍효사라 하고 돌종을 두었는데, 진성왕 대에 후백제의 도적들이 이 마을에 들어오는 바람에 종은 없어지고 절만 남았다. 그 종을 얻은 자리를 완호평이라 했는데, 지금은 잘못 전하여 지량평이라 한다.1. 遜順 이전 대목에서 손순은 그에게 가장 소중한 존재로써 생각되는 아이를 묻는 극단적인 선택을 했다. 말하자면 그는 이전 대목까지 ‘효’라는 가치를 위하여 그의 모든 것을 희생, 즉, ‘버림’을 했던 것이다. 하지만 이 대목에 들어서는 그는 그의 가장 소중한 존재를 ‘지키고’, 그 선택의 대가로써 ‘얻음’으로까지 나아간다. 손순은 또한 발견한 석종을 울리는데, 그 석종의 소리에서는 비범함이 느껴진다. 나아가, 손순이 울린 석종의 울림은 ‘그의 내면을 변화시키고, 종을 치는 행위는 자기 내부에 싹튼 변모의 확인과 심화과정으로 보인다.’고 까지 말할 수 있다. 다음 대목에서는 손순이 집에서 석종을 울리고, 국왕의 귀까지 이야기가 들어간다. 비범한 종소리는 그 울림이 그곳에서 한정되어 끝나는 것이 아니라, 국왕이 있는 궁에까지 들어간다. 그의 집에서 국왕이 있는 궁까지 울림이 전해졌다는 것은 그 울림이 거리상으로도 상당한 거리를 이동했다는 것을 암시한다. 울림의 성질을 생각해보면 울림은 단방향으로 일어나는 것이 아니라, 소리의 발원지를 중심으로 등방성을 가지고 퍼져나간다. 이전 대목에서 설명했듯 종소리의 울림은 손순의 내면을 변모시키는 결과를 가져왔다. 그렇다면 이 종소리가 퍼져나간 주변, 적어도 손순의 집부터 궁까지의 거리 반경 안에 있는 사람들은 그 울림을 통하여 내면이 변모되는 결과를 얻었을 것이다. 이것은 아마 손순이 행한 효가 사람들의 내면을 울리고 감화시켰음을 은유하는 대목이라고 생각한다. 또한 소리가 퍼져나간 곳은 궁이며, 궁은 나라를 대표한다. 이것은 그 주변뿐만이 아니라 나라 전체가 손순의 효에 의해 감화되었음을 나타내는 은유라고 봐도 무방할 것이다. 다섯 번째 대목에서는 국왕이 손순에게 재물을 하사한다. 손순에게 가장 결핍되었던, 이 모든 갈등의 원인이었던 곡물이 주어지면서 모든 결핍이 해소되고 있다. 결핍이 해소되며 이야기는 손순이 집을 희사하여 홍효사를 짓는 것으로 마무리 지어진다. 홍효사를 지었다는 이 대목은 삼국유사에만 기록되어있고, 동국여지승람있다. 예컨대 식량을 훔치다 걸리면 그 가족까지 모두 생매장 시킨다. 또한 심지어 겨울에 아이가 태어나면 남자아이는 논바닥에 버리고, 여자아이는 타지로 팔아버린다. 또 다른 규율은 70세가 되면 나라야마 산으로 떠나야 하는 것이다.주인공의 어머니는 올해 69세로 내년이면 나라야마산으로 떠나야 한다. 또한 주인공이 아내를 맞이하게 되며 집안 상황은 더욱 악화된다. 주인공의 어머니는 스스로 돌절구에 이를 부딪혀 부숨으로써 제대로 밥을 먹지 못하게 된다.주인공의 어머니가 떠날 날이 되고, 주인공은 어머니를 지게에 지고 어머니의 마지막을 위하여 산을 올라 어머니를 정상에 두고 내려오게 된다.영화 ‘나라야마 부시코’에서는 굉장히 파격적인 장면을 많이 연출해 내고 있다. 자식을 가차 없이 버리고, 먹을 것을 훔친 이웃을 생매장하고, 부모를 산에 버리며, 근친을 일삼는 등 보는 사람으로 하여금 가혹함을 느끼게 할 정도로 파격적인 장면이 많이 나오게 된다. 인간의 생존 욕구에 따라서 부락 전체가 인간 본연의 자식에 대한 사랑, 부모에 대한 사랑마저 용납하지 않고 있다. 이러한 모습은 공동체의 자구책에서 비롯하게 된다. 그렇지만 구성원은 인간이고, 그렇기에 부모에 대한 사랑, 자식을 위하는 모습처럼 만들어진 자구책과 대비되는 근본적인 인간성을 보유하고 있는 것을 몇몇 장면을 통하여 드러내고 있다. 그것은 새로 온 며느리가 어머니의 나라야마 산에 오르겠다는 말에 거부감을 느끼는 장면, 마지막 장면에서 주인공이 어머니를 버리는 장면에서 은연중에 드러나고 있다. 그렇지만 공동체는 서로의 생존을 위하여 자구책으로 그 인간성을 암묵적으로 무시하도록 교육하고, 그 결과 구성원들의 인식 속에는 부모와 자식을 버리는 행동이 규율로써 정해진, 정당한 행동으로 자리매김 하였다. 영화 중간에 주인공의 아버지에 대한 언급이 나온다. 주인공은 아버지와 산에 곰 사냥을 하러가서 할머니를 나라야마 산에 갖다버리는 것이 어떠하냐고 말하다 아버지에게 꾸지람을 받고, 그에 대해 아버지와 다투다 아버지를 총으태. 즉, 절대빈곤의 상황을 보여주며 가장인 주인공에게 효와 가족의 생존을 해결해야 하는 상황을 부딪게 함으로서 결국에는 극단적이지만 정해진 길을 걷는 주인공을 보며 안타까움을 느낄 수 있었다. 그렇지만 손순의 경우와 비교하여 한 가지 더 주목해야 할 점은 ‘버려지는 이’의 의지이다. 손순의 경우 내적 갈등을 통하여 결국 자신의 자식을 버리는 선택에 이르렀고, 그 선택에는 다른이의 개입이 없었다. 하지만 나라야마 부시코의 경우 버려지는 이는 주인공의 어머니이며, 그녀의 태도는 그의 나라야마행을 결정하는데 있어 많은 영향력을 행사한다. 그녀는 며느리를 얻자, 스스로 절구에 이를 깨는 행동을 보여주고, 스스로 나라야마에 갈 때를 결정하며, 그 의식을 위한 준비를 스스로가 진행하였다. 때문에 다른 시각으로 본다면 주인공이 그의 어머니를 버린 것이 아니라, 그녀 스스로가 버림받음을 결정한 셈이다. 주인공의 어머니가 자신의 희생을 통하여 자신의 가족의 생존을 보장하려 할 때, 영화에서는 그녀가 주저하는 모습을 보이지 않는다. 주저흔. 혹은 자해흔이라고 불리는 말이 있다. 사람이 자해를 할 때 순간적으로 주저하게 되어 본래 목표했던 상처 부위보다 다른 위치에 상처가 생기는 경우를 말한다. 이처럼 사람은 생존에 대한 욕구가 본능적으로 내재되어있고, 이는 그녀와 같은 처지에 있는 옆집 할아버지에게서 그 모습을 볼 수 있다. 그는 생존에 대한 강한 집착을 보이며, 죽는 순간까지도 그의 아들을 붙잡는 처절한 모습을 보여준다. 그녀라고 그런 생존의 욕구가 없겠는가. 하지만 그녀의 말투에서 그녀가 나라야마행을 오랫동안 준비해왔음을 볼 수 있으며, 결국 죽는 순간까지도 흐트러짐없이 기도하며 눈과 함께 죽음을 맞는다. 그녀는 이런 면에서 자기희생을 통한 초월적인 인간의 모습을 보여주고 있다. 주인공은 어머니를 버리고 집으로 돌아와서 새로 가족으로 들어온 구성원을 발견한다. 그 배에는 새로운 생명이 잉태되어있다. 어머니의 희생이 새로운 생명의 탄생을 만들어 낸 것으로 볼 수 있다.상황적시했던(그것이 불교적이든 유교적이든) 당시의 시대 상황이 주인공에 선택이 반영된 것으로 보인다.(후자의 시대적 상황은 손순매아설화가 수많은 문헌들에서 효의 사례로써 소개된 점, 손순이 행위 이후에 왕에게 보상을 받은 점으로 미루어보아 이 같은 행위가 장려되었다는 사실을 알 수 있다.)이 외에도 손순의 선택에 대한 기존의 연구 중에는 흥미로운 지적이 있다. 혹자는 손순의 이 선택이 ‘Infanticide(영아 살해)’의 습속을 효라는 유교적 사상에서 미화된 것이 아니냐는 의혹을 제기하기도 한다. 이 이야기는 손순매아 설화와 비슷한 모티프를 가지고 있는 다음 동자삼 이야기에서 조금 더 다뤄보기로 하자.2) 동자삼 이야기어느 내외가 어머니[혹은 아버지]를 모시고 살았다. 어느 날 어머니가 시름시름 앓더니 온갖 약을 써도 소용이 없었다. 중이 시주하러 왔다가 그 이야기를 듣더니 외아들을 삶아서 잡수면 병이 나을 것이라고 하였다. 내외는 고민 끝에 자식은 또 낳으면 된다 생각하고 아들을 삶기로 하였다. 마침 글방에서 외아들이 공부하고 돌아오자 남편이 아들을 얼른 안고 가서 솥에 넣었다. 내외가 외아들을 약으로 푹 삶아서 갖다 드렸더니 어머니가 훌훌 잡수고는 한숨을 크게 내쉬더니 “이렇게 신기한 약이 있느냐?” 하고는 곧 회생하였다.그런데 잠시 후에 내외의 외아들이 다시 집으로 쑥 들어왔다. 내외는 놀라며 “너 같은 자식 둔 적 없다.”며 외아들을 내쫓았다. 외아들은 영문도 모르고 어리둥절해 하며 쫓겨났는데, 머리가 백발인 노인이 지팡이를 짚고 집으로 들어오며 “어째서 자식을 내쫓느냐?”고 했다. 내외가 솥뚜껑을 열고 보니 솥 안에는 팔뚝만 한 커다란 산삼이 들어 있었다. 노인은 산신령이 보내서 왔노라 하며 내외의 효성이 지극하여 산삼을 보낸 것이라 하였다. 그 뒤 내외는 어머니를 더 정성껏 모시고 아들의 효도를 받으며 오래오래 살았다.손순매아 이야기와 유사한 모티프를 가지고 있다. 이 이야기에서는 아들을 묻는 게 아니라 삶아 약으로 사용한다. 하지만 아들을 죽임으로써 다.

인문/어학| 2014.06.13| 7페이지| 1,000원| 조회(216)

분석, 비교, 나라야마부시코, 장르, 모티프, 손순매아

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