국내 규석광으로부터 고순도 실리콘 제조를 위한 정련 공정에 관한 연구

문병문(Moon, Byung Moon),김강준(Kim, Gangjune),구현진(Koo, Hyun Jin),박동호(Park, Dong Ho),류태우(Yu, Tae U) 한국신재생에너지학회 2011 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

2010년 약 19.5 GWp 의 규모로 성장한 태양광 시장의 주요 소재는 실리콘을 이용한 태양전지이며, 고성능 및 고효율 태양전지 시장이 급성장 하였다. 이러한 고품질 태양전지에 사용되는 주요 원료인 9N 급 폴리실리콘은 2008년 4월 265/kg 까지 상승하였으나, 점차 하향안정세에 있으며, 급속한 가격 경쟁을 통해 당분간 장기공급가가 50/kg 이하로 하락할 것으로 전망된다. 이러한 실리콘 제조기술 중 가장 많이 사용되는 기술은 Trichloro-silane (TCS) 또는 Mono-silane (MS)를 사용하는 기상법인 일명 Siemens 공정이다. 이러한 기상법의 경우 12N 이상의 초고품질 실리콘 제조가 가능하나, 대규모의 설비투자(1억원/폴리실리콘 1톤)와 높은 에너지(120 kWh/kg)가 요구된다. 이에 최근 기상법이 아닌 야금학적인 정련법에 대한 기술이 개발되고 있으며, 이는 금속 실리콘을 슬래그 처리, 편석 분리, 응고 급랭, 전자빔, 플라즈마 등을 이용하여 정련하는 공정을 말한다. 야금학적 정련법은 순도 면에서 기상법에 비하여 낮은 단점이 있음에도 불구하고, 여러 장점들로 인해 활발히 연구되며 점차 실용화 되고 있는 매우 유용한 기술이다. 야금학적 정련법의 주요 장점은 기상법에 비해 약 25% 정도의 설비 투자비로 가능하고, 금속 실리콘을 직접 사용하며, 에너지 payback이 짧다. 또한, 산 및 염화실렌을 사용하지 않으므로 환경 문제를 적게 야기하고, 생산설비의 확장성도 매우 높다. 본 연구에서는 국내 규석광을 이용하여 일련의 정련 공정을 거쳐 고순도SG(Solar Grade)급 실리콘을 제조하고자 하였다. 실리콘 용융 환원로를 개발하고 순도를 높이기 위해 슬래그정련법을 이용하였으며, 생산된 3N 급의 금속 실리콘을 비기상법정련 방식인 일방향 응고와 플라즈마 정련 및 전자기유도 용해법을 이용하여 고순도의 실리콘을 제조하였다. 본 연구에서는 상업생산을 개시한 외국의 E사와 비교하여 산침출공정을 거치지 않으므로 실리콘회수율 및 환경부하 절감의 장점을 갖고 있으며 최종 순도 실리콘 6N 이상, 보론 함유량 0.2 ppm 이하를 달성하였으며, 기존 기상법 대비 약 20%의 전력 감소와 약 13%의 금속실리콘 원료 절감 효과가 있었다. 저가/고순도 SG급실리콘의 제조기술 개발은 향후 세계 태양광 시장에 대한 경쟁력을 확보하고, 시장 점유율 상승에 기여할 수 있으며, 산업 확대를 통한 주변 산업으로의 파급 효과가 매우 클 것으로 예상된다.

실리콘 함량에 따른 리튬이온전지용 실리콘/탄소 음극소재의 전기화학적 특성

최연지,김성훈,안욱 중소기업융합학회 2022 융합정보논문지 Vol.12 No.4

리튬이온전지의 음극소재 연구에서 실리콘 기반의 음극 활물질 개발이 필수적이며, 탄소기반의 실리콘-탄소 복합소재의 음극 적용연구가 활발히 진행되고 있다. 다른 한편으로 반도체와 태양광전지 산업에서 폐기물로 버려지는 실리콘 자원이 증가하여 환경적 문제를 일으키기도 한다. 본 연구에서는 리튬이온전지 음극소재로서 재활용된 실리콘을 이용하여 탄소와 복합화를 이루었으며, 실리콘 음극소재의 높은 용량 유지 특성 및 사이클 안정성 향상을 위하여 재활용 된 실리콘과 피치의 함량을 조절하여 복합화의 최적화 조건을 확립하였다. 실리콘 : 피치의 질량비를 1 : 1 과 2 : 1을 가진 복합체를 간단한 자가조립 방법으로 복합화 하였으며, 석유계 피치로 코팅하여 제조된 음극소재의 전기화학적 특성을 비교 조사하는 연구를 수행하였다. 제조된 실리콘-탄소 복합소재는 충․방전 동안 발생되는 실리콘의 구조적 파괴를 방지하 는 방법으로 우수한 초기용량과 사이클 안정성을 달성하였으며, 재활용 실리콘의 전극소재로서의 가능성을 확인하였다. It is necessarily required in developing Si-based anode materials for lithium ion batteries, and the related researches are actively working especially in Si-carbon composite material. On the other hand, the photovoltaic and semiconductor industries discard huge amount of Si resources, facing the environmental issue. In this study, recycled Si resource is adopted to obtain Si-carbon composite for LIB(Lithium-Ion Batteries). In order to improve high-capacity retention characteristics and cycle stability of a Si anode material for the LIB, two differenct composites having a mass ratio of silicon and pitch of 1:1 and 2:1 are synthesized and electrochemical characteristics of the anode material manufactured by simple self-assembly method. This result in excellent initial capacity with stable cycle life, and confirming the potential use of recycled Si material for LIB.

실리콘 웨이퍼 절단공정(切斷工程)에서 발생(發生)하는 실리콘 카바이드 슬러지로부터 철(鐵), 실리콘 제거(除去)

박회경,고봉환,박균영,강태원,장희동,Park, Hoey Kyung,Go, Bong Hwan,Park, Kyun Young,Kang, Tae Won,Jang, Hee Dong 한국자원리싸이클링학회 2013 資源 리싸이클링 Vol.22 No.2

실리콘 슬러지로부터 원심분리에 의해 1 단계로 실리콘(Si)을 분리 한 후 남게 되는 실리콘 카바이드(SiC) 농축물 내에 포함되어 있는 철과 잔존하는 실리콘을 추가적으로 제거함으로써 실리콘 카바이드의 순도를 향상 시킬 수 있는 가능성을 탐색해 보았다. 실리콘 카바이드 농축물을 대상으로 하여 염산(HCl)/수산화나트륨(NaOH)에 의한 액상 침출법과 염소 가스에 의한 기상 염소화법을 비교해 보았다. 실리콘 카바이드 농축물을 1 M 염산 수용액에서 $80^{\circ}C$에서 1 시간 동안 침출시킴으로써 회수된 실리콘 카바이드에 잔류하는 철의 농도를 49 ppm 까지 제거하였으며, 1 M 수산화나트륨 수용액에서 $50^{\circ}C$에서 1 시간 동안 침출시킴으로써 실리콘 카바이드 내 잔류하는 실리콘의 농도를 860 ppm 까지 제거하였다. 기상 염소화 반응은 직경 2.4 cm, 길이 32 cm의 전기로에 의해 가열되는 알루미나 튜브의 중심에 실리콘 카바이드 농축물을 위치시키고, 질소와 염소의 혼합가스를 흘려보내는 방식에 의해 이루어졌는데, 반응온도 $500^{\circ}C$, 반응시간 4 시간, 가스유량 300 cc/min, 염소 몰분율 10%의 조건 하에서 실리콘 카바이드 내 철과 실리콘의 잔류 농도를 48 ppm과 405 ppm 까지 낮출 수 있었다. In the present study, the possibility of recovering and recycling the silicon carbide(SiC) from a silicon sludge by removing Fe and Si impurities was investigated. Si and SiC were separated from the silicon sludge using centrifugation. The separated SiC concentrate consisted of Fe, Si and SiC, in which Fe and Si were removed to recover the pure SiC. Leaching with acid/alkali solution was compared with the vapor-phase chlorination. The Fe concentration removed in the SiC was 49 ppm, and it was separated by leaching with 1 M HCl solution at $80^{\circ}C$ for 1 h. The Si concentration removed in the SiC was 860 ppm, and it was separated by leaching with 1M NaOH solution at $50^{\circ}C$ for 1 h. The SiC concentrate was chlorinated in a tubular reactor, 2.4 cm in diameter and 32 cm in length. The boat filled with SiC concentrate was located at the midpoint of the alumina tube, then, the chlorine and nitrogen gas mixture was introduced. The Fe and Si concentration removed in the SiC were 48 ppm and 405 ppm, respectively, at $500^{\circ}C$ reactor temperature, 4 h reaction time, 300 cc/min gas flow rate, and 10% $Cl_2$ gas mole fraction.

실리콘 슬러지로부터 실리콘의 전해회수(電解回收)

박제식,장희동,이철경,Park, Jesik,Jang, Hee Dong,Lee, Churl Kyoung 한국자원리싸이클링학회 2012 資源 리싸이클링 Vol.21 No.5

실리콘 웨이퍼공정에서 발생하는 실리콘 슬러지로부터 실리콘 및 탄화규소를 분리한 다음, 전해법으로 원소형태의 실리콘을 회수하는 연구를 수행하였다. 실리콘 슬러지의 주요 불순물은 절삭유, 금속불순물, 실리콘 및 실리콘 카바이드를 들 수 있다. 기계적 선별법으로 분리한 실리콘, 탄화실리콘 복합물을 $1000^{\circ}C$에 1시간동안 염화 배소하여 응축하고 회수한 사염화실리콘을 이온성액체인 $[Bmpy]Tf_2N$에 용해하여 전해액으로 사용하였다. 순환전위법으로부터 $[Bmpy]Tf_2N$의 안정한 전압구간과 사염화실리콘을 용해한 $[Bmpy]Tf_2N$ 전해액에서 실리콘의 환원으로 추정되는 환원피크를 얻을 수 있었다. 정전위법(-1.9 V vs. Pt-QRE)에서 1시간동안 금 전극 상에 전해한 다음, 전극표면을 XRD, SEM-EDS 및 XPS 분석을 통하여 실리콘이 원소형태로 전착되었음을 확인하였으며, 미량의 산소가 검출되는 것은 분석과정에서 시편이 공기 중에 노출되었기 때문으로 판단된다. As a recovery of elemental silicon from the sludge of Si wafer process, a process of mechanical separation-chlorine roasting-electrolysis has been suggested. The silicon sludge consisted of Si, SiC, machine oil, and metallic impurities. The oil and metal impurities was removed by mechanical separation. The Si-SiC mixture was converted to silicon chloride by chlorine roasting at $1000^{\circ}C$ for 1 hr and the silicon chloride was dissolved into an ionic liquid of $[Bmpy]Tf_2N$ as an electrolyte. Cyclic voltammetry results showed an wide voltage window of pure $[Bmpy]Tf_2N$ and a reduction peak of elemental Si from $[Bmpy]Tf_2N$ dissolved $SiCl_4$ on Au electrode, respectively. The silicon deposits could be prepared on the Au electrode by the potentiostatic electrolysis of -1.9 V vs. Pt-QRE. The elemental silicon uniformly electrodeposited was confirmed by various analytical techniques including XRD, FE-SEM with EDS, and XPS. Any impurity was not detected except trace oxygen contaminated during handling for analysis.

실리콘밸리의 비즈니스 환경 및 발전 패턴

성영조 경기연구원 2015 정책연구 Vol.- No.-

실리콘밸리 지역은 대부분의 사람들에게 최첨단 기업의 집적지 또는 인류의 삶을 바꾸는 혁신기술의 요람 등으로 각인되어 왔다. 실리콘밸리가 이렇게 될 수 있었던 것은 수십 년 이상 오랜 기간 지역 혁신 주체들이 치열하게 경쟁을 하면서도 한편으론 상호 유기적으로 협력하는 문화가 바탕이 되었기 때문이다. 실리콘밸리는 초창기 특별한 산업 기반이 없는 평범한 농경지대였으나 스탠포드 대학의 설립, 프레드릭 터먼 교수의 기업가 정신, 휴렛 패커드의 창업, 쇼클리 반도체의 설립등 일련의 과정을 통해 성장의 토대를 마련하게 되었고 현재에 이르러서는 구글, 애플, 페이스북, 이베이 등과 같은 최첨단 기술로 무장한 기업들의 등장으로 전세계 IT 기술과 첨단산업의 트렌드를 좌지우지하는 막강한 지위에까지 이르게 되었다. 실리콘밸리의 1호 벤처기업으로 알려진 휴렛패커드는 스탠포드대학교 동문인 윌리엄 휴렛과 데이비드 패커드가 1939년 창업한 기업이며 이때부터 벤처기업에 대한 틀이 잡혀가기 시작했다. 벨연구소에서 트랜지스터를 개발하여 노벨상을 수상한 바 있는 윌리엄 쇼클리는 동부에서부터 실리콘밸리로 이전하여 쇼클리반도체를 1956년에 설립한다. 이 회사의 창업멤버들은 추후 패어차일드반도체를 설립하였고 패어차일드반도체의 직원들은 또다시 활발하게 창업에 나서면서 수십 년간 실리콘밸리에 많은 회사를 분사시켰다. 대표적인 회사로는 무어의 법칙으로 유명한 고든 무어의 인텔, 제리 샌더스의 AMD 등이 있다. 1990년대 들어서는 야후, 시스코 등 검색 및 네트워크 업체가 등장하면서 인터넷과 네트워크라는 새로운 패러다임이 형성되었다. 2000년대 들어서면서 스마트폰 산업은 애플의 iOS, 구글의 안드로이드 등과 같은 모바일 플랫폼이 등장하면서 모바일 기술의 눈부신 발전과 함께 급속도로 성장하게 되었고 우리들의 일상생활은 완전히 새로운 패러다임을 맞이하게 되었다. 스마트폰의 발전에 따라 무수히 많은 부가서비스 수요가 생겨나고 이로 인해 새로운 비즈니스가 끊임없이 발생하는 선순환의 모바일 생태계가 형성되기 시작하였다. 또한 모바일 디바이스가 대중화되고 발전함에 따라 위치기반 서비스가 가능해지고 유사한 생각과 관심을 갖는 소비자들의 연대가 강화될 수 있었다. 이에 따라 페이스북 등과 같은 SNS 기업이 폭발적으로 성장하게 되었으며 위치와 소셜을 기반으로 하는 산업은 향후 인류에 큰 변화를 가져올 분야가 될 것이다. 이와 같은 일련의 발전이 대부분 실리콘밸리에서 발생했으며 현재도 끊임없이 새로운 기술과 비즈니스가 이 지역에서 탄생하고 있다. 실리콘밸리의 기업들은 이와 같이 도전정신을 바탕으로 꾸준히 발전하고 있으며 이들의 발전에는 어느 정도 패턴이 있음을 알 수 있다. 첫째, 혁신적인 기술을 갖고 있는 다른 기업을 인수하여 자신이 갖고 있는 기술과 접목함으로써 더욱 혁신적인 기업으로 도약할 수 있는 기반을 마련한다. 둘째, 기존의 기술과 산업 구조 속에서 진보된 기술을 개발하여 시장에서 경쟁하는 것이 아니라, 전혀 새로운 패러다임을 제시하고 이를 구현할 수 있는 기술과 플랫폼을 구축하여 그들만의 새로운 블루오션을 만든다. 셋째, 혁신적인 기술을 갖고 있는 기업이 다른 기업에 자신의 기업을 적정가격 이상으로 매각함으로써 더 큰 새로운 비즈니스에 도전할 수 있는 시드머니(seed money)를 확보하기도 한다. 실리콘밸리 기업의 이러한 발전 패턴을 통해 그들이 어떻게 진화하고 급변하는 시장에 적응하는 지 파악하는 것은 큰 의미가 있다. 나아가 진정한 혁신기업은 시장에 적응하는 것이 아니라 시장을 선도하며 새로운 방향을 제시하는 기업이며 이것이 우리가 궁극적으로 가야할 방향이라 할 수 있다.

실리콘을 소재로 한 장신구 연구

이광선 한국기초조형학회 2014 기초조형학연구 Vol.15 No.6

One of some features of modern jewelry that has come into the jewelry scene since 1950sisthat it started to use more materials. Therefore, the aspect of the material that had beenneglected until that time, was moved in the foreground of the jewelry design and the jewelrywas considered from this aspect and produced. Thus, new forms of jewerly began to be made. Silicon is one of such materials. This study attempts to analyse what features it has, whatmade it used as a material of modern jewelry, which silicon jewels have now been produced,and which design options from silicon for jewelry there can be. Silicon, which was producedartificially at the beginning of the 20th century, has unlimited design possibilities, has no harmto human body, can be colored as many. Above all, it is cheap. Thanks to these properties, italready finds its enormous uses in various sectors of society. However, it is not until recentlythat it has been used in the jewelry scene as material, and most of the silicon-jewelry wasdesigned simply to imitate things both in nature and in culture, resulting in unvaried products. In fact, it has unlimited design possibilities and this deficiency in design can be overcome soon. For a lot of artists will develop aesthetic concepts in due consideration of why silicone must beused. If jewelry is to be made from silicone, it has to show both aesthetic design concepts andmanual skills of jewelry artist. To make this clear, here is a silicone jewelry analyzed, whichtakes the variable relationship between the body and the jewelry as aesthetic concept. Thisanalysis shows a new silicone jewelry that exceeds through the combination with the metalthe material limit of silicon and simultaneously makes the materiality of silicone clear. This is aresult from the cooperation of craft technique, design concept and aesthetics. 지난 세기 50년대 이후 장신구계에 등장한 현대 장신구의 특징 중의 하나는 장신구가 다양한 재료를 사용한다는 점이다. 그때까지 부각되지 않던 소재의 관점은 이제 장신구디자인에서 전면에 나타나고 장신구는 이 관점에서 만들어졌으며. 그 결과 새로운 장신구들이 만들어진다. 실리콘은 그런 소재 중의 하나이다. 이 연구는 실리콘이 어떤 속성으로 인해 현대 장신구의 신소재로 이용되는지, 지금까지 어떤 실리콘 장신구들이 만들어졌는지, 마지막으로 지금까지의 실리콘 장신구와는 다른, 실리콘의 조형 가능성에 대해서 분석하고자 했다. 20세기 초에 인공적으로 만들어진 실리콘은 무한한 조형가능성을 가지고 있으며 신체에 유해하지 않고 원하는 칼라를 낼 수 있다. 무엇보다 비교적 가격이 저렴하다. 이런 속성들에 의해서 실리콘은 이미 사회의 다양한 분야에서 광범위하게사용되고 있다. 그러나 실리콘이 장신구계에서 소재로 사용된 시점은 그다지 오래되지 않았으며 그런 까닭에 거의 모든 실리콘 장신구들은 단순히 자연이나 문화에 존재하는 사물들을 복제하는 식으로 만들어졌다. 따라서 이것들은 장신구의 좋은 미적 질을 보여주지 못한다. 이런 한계는 극복될 수 있는데, 그렇기 위해서는 왜 실리콘이사용되어야만 하는지에 대한 물음을 고려해서 심미적 컨셉을 발전시켜야만 한다. 이에 대한 예로 신체와의 관계성을 주제로 삼은 실리콘 장신구를 분석해서 실리콘의 물성을 극대화하면서 다른 소재와의 결합을 통해 실리콘이 가진 소재적 한계성을 넘어서 수공예적 기술과 조형적 컨셉 그리고 심미성을 보여주는 실리콘 장신구의 또 다른 조형가능성을 제시했다.

조형예술에 활용되는 실리콘 몰드에 관한 연구 : 축합형 실리콘, 부가형 실리콘을 중심으로

김영옥(Kim, Young-ock),조완희(Cho, Wan Hee) 한국디자인리서치학회 2021 한국디자인리서치 Vol.6 No.1

최근 다양한 예술 분야에서 다채로운 소재나 매체의 활용으로 표현의 범주가 넓어지고 자유롭고 예술적인 표현이 지향되면서 주제나 개념, 감정의 표현이 확대되고 있다. 조형 예술의 많은 분야에서 다양한 재료의 활용은 소재 자체로서의 가치에서 개념적 가치를 표상하는 물건으로 그 의미를 변화시켰으며 새로운 재료와 기술의 예술적 잠재력으로 표현의 영역을 확장했다. 현대 미술에 활용되는 다양한 소재 중 합성수지는 지난 세기 50년대 이후 등장한 대표적인 신소재이며, 그중에서도 실리콘(silicone)은 인체에 무해하고, 유동성이 있으며, 착색이 용이하고, 이형성이 뛰어난 특징을 가지고 있다. 이러한 속성들에 의해서 다양한 조형 가능성을 인정받고 있으며, 예술계뿐만 아니라 사회 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다. 본 연구는 실리콘의 재료 특성을 고찰하고, 조형물 제작에 많이 활용되는 실리콘 몰드(mold)의 대표적인 두 종류, 축합형 실리콘(Tin-cure silicone)과 부가형 실리콘(Platinum-cure silicone)의 물성을 분석하고 활용성에 대해 분석하였다. 또한, 레진, 실리콘, 향초, 비누 등 일상 사물과 합성수지 재료를 중심으로 실리콘 몰드의 종류별 활용할 수 있는 소재와 수축률에 따른 오차 범위 및 경화 불량의 원인에 대하여 살펴보았다. 기능적, 표현주의적 재료로서 조형예술 분야 및 디자인 제작과정에서도 모형 제작 용도로 많이 사용하고 있는 실리콘은 앞으로 활용이 더욱 기대되는 소재라고 할 수 있다. 그 특성을 고찰하여 맞는 사용범위와 방법 등을 알아보고, 조형물 제작과정에 적절한 몰드 종류 및 활용방안을 제시한다. 이를 통해 다양한 소재의 활용 범위를 넓혀 재료적 표현 영역의 확장 가능성을 제시한다. Recently, the use of various materials and media in different art fields has widened the category of expression and has expanded the expression of themes, concepts, and emotions as without boundaries and artistic expressions are oriented. The use of various materials in many fields of formative art has changed its meaning from the value of the material itself to the object representing the conceptual value and has expanded its scope of expression with the artistic potential of new materials and technologies. Among the use of multiple materials in modern art, synthetic resin has emerged since the 50s of the last century, and silicone has been widely used in various ways because of its harmless to the human body, liquidity, easiness to color, and it is easily detached. These attributes recognize the infinite possibilities of formative art and are widely used in various fields of society as well as in art. This study considered the material properties of silicone, and analyzed the two typical types of silicone molds widely used in the fabrication of objects which are the tin-cure silicone, and the platinum-cure silicone properties, and analyzed their usability. It also explored the allowable error and causes of curing defects according to the shrinkage rate and materials available for each type of silicone mold, focusing on objects such as resin, silicone, scented candle, and soap. Silicone, which is a functional and expressive material and is often used for modeling in the field of formative art and design production, is expected to be used in the future. The scope, methods, etc. of appropriate use shall be recognized by considering its characteristics, and the types and utilization of molds appropriate for the process of making sculptures shall be presented. Through this, it present the possibility of expanding the area of material representation by expanding the scope of utilization of various materials.

견운모의 표면개질에 따른 기초물성연구

김창욱,정인,윤성렬,한승희 광운대학교 신기술연구소 1997 신기술연구소논문집 Vol.26 No.-

견운모는 천연적으로 초미립의 판상형에 의한 윤활성이 뛰어난 광물 중 하나이지만, 광물 본질이 지니는 흡수력으로 인하여 정밀화학 공업분야에서 이용할 때 소수성이 떨어지므로 견운모 미립자의 표면개질이 불가피하다. 따라서 본 연구에서는 실리콘오일과 금속비누를 이용하여 견운모 미립자에 표면개질을 시행함으로써 기초 물성변화를 관찰하였다. 이러한 연구를 수행하기 위하여 평균 약10μm의 정제견운모 미립자에 세 가지 종류의 실리콘오일을 흡착시켜 표면처리한 후 실리콘오일에 흡착된 각 미립자 산물의 소수성 및 내유성 실험을 시행하였다. 또한 적외선 분광법을 이용한 기기를 사용하여 견운모 표면에 오일이 흡착되었는지 조사하였으며, 열감량분석기를 이용하여 실리콘 흡착량에 따른 감량변화를 조사하였다. 그리고 그 특성이 우수한 실리콘의 함량비를 기준으로 견운모미립자에 금속비누를 표면처리한 후 그 특성을 비교하였다. 견운모 미립자에 실리콘오일의 흡착 후 소수성 및 내유성이 가장 우수한 실리콘 오일과 견운모의 중량비는 KSDMPS 6wt%일 때였다. 적외선분광기기를 이용하여 견운모에 실리콘오일 흡착확인을 하여 본 결과 흡착이 되었음을 확인하였고, 실리콘오일 함량이 늘어감에 따라 그 피크가 커짐을 확인 할 수 있었다. 이 또한 열감량분석기로 확인하였으며, 실리콘오일의 함량에 따라 막 두께도 조정됨을 알 수 있었다. 소수성과 내유성이 가장 우수한 KSDMPS는 6wt%일 때 소수성은 70.50%였고 내유성은 43.75%였다. 그리고 금속비누로 표면개질하였을 때와 소수성을 비교하여보면 실리콘오일로 표면개질 하였을 때 소수성이 우수하였다. Sericite is known to be an excellent natural lubricant due to fine particle texture and tabular crystal structure. However, the surface must be specially treated because sericite also possesses the water absorbing property. In this study, we investigated effects of silicone oil and metal soap on Sericite’s fine particle texture and other properties. Surface treatment effects of three different kinds of silicon oil on purified sericite particle having the mean of l0μm were studied and the changes in water and oil repellence were investigated. Through IR spectrometer, silicon oil adsorption on sericite particle was investigated, and thermogravimetric analysis was used to study the reduced adsorption of silicon oil on sericite particle surface. By taking the best parameters of silicon oil amount into consideration, the study on surface treatment using metal soap was carried out. Finally, the surface treatment effects of metal soap and silicon oil were compared. The optimum water and oil repellence was when the sericite fine particle adsorbed with silicon oil at the ratio of KSDMPS 6wt%. It was found that the surface treatment by silicon oil was superior to the treatment by metal soap in water repellence.

Tandem cell 적용을 위한 narrow band gap을 갖는 a-Si 태양전지 개발

김선호(Kim, Sunho),유동주(You, Dongjoo),안세원(Ahn, Seh-Won),이헌민(Lee, Heonmin),김동환(Kim, Donghwan) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06

실리콘 박막 태양전지의 효율을 향상시키기 위해 밴드갭이 다른 흡수층을 적용한 tandem형 적층 태양전지를 이용하고 있다. 일반적으로 1.7eV이상의 밴드갭이 큰 비정질 실리콘을 이용하여 단파장의 빛을 흡수하고, 상대적으로 낮은 1.1eV 정도의 밴드갭을 갖는 미세결정 실리콘 층으로 장파장을 흡수하게 된다. 이렇게 연결된 tandem형 태양전지의 효율을 극대화하기 위해서는 각 태양전지에서 발생하는 전류 밀도를 일치시키는 것이 필요하다. 이를 위해 비정질 실리콘의 두께가 증가되는 경우가 있는데 이러한 경우 비정질 실리콘의 광열화 특성(Lihgt-induced degradation)으로 안정화 효율이 감소하게 된다. 따라서 비정질 실리콘 태양전지의 전류 밀도를 향상 시켜 두께를 최소화하는 것이 매우 중요하다. Tandem형 태양전지에서 비정질 실리콘 태양전지의 전류 밀도를 향상시키기 위해 두 개의 전지사이에 광 반사층을 적용하여 태양전지를 제조하게 된다. 이러한 경우 비정질 실리콘의 전류 밀도는 증가하지만, 광 반사 층의 장파장 흡수로 인하여 하부 태양전지의 전류 밀도 감소가 더 커지게 되어 전체 발생 전류 밀도는 오히려 감소하게 된다. 본 논문에서는 비정질 실리콘의 밴드갭을 제어하여 광 흡수 파장 영역 확대로 전류 밀도를 향상시키는 연구를 진행하였다. PECVD의 RF power 조건을 제어하여 1.75eV에서 1.67eV까지 밴드갭을 변화시켰다. 이와 같은 조건의 박막을 광 흡수층으로 갖는 p-i-n 구조의 비정질 실리콘 태양전지를 제작하였다. i층의 밴드갭이 감소됨에 따라 장파장 영역의 흡수가 확대되어 전류 밀도가 증가 하였지만, Voc의 감소가 컸다. 이는 i층의 밴드갭이 좁아짐에 따라 p층과의 불연속성이 커졌기 때문이다. 이러한 악영향을 줄이기 위해 p층과 i층 사이에 buffer층을 삽입하여 태양전지를 제작하였다. 이와 같은 최적의 buffer층 삽입을 통하여 불연속성을 줄임으로써 Voc의 상승효과를 확인하였다. 본 연구의 결과로 좁은 밴드갭을 갖는 광 흡수 층을 적용하여 전류 밀도를 향상시키고, 최적화된 buffer층 삽입으로 Voc를 향상시킴으로써 고효율의 비정질 실리콘 태양전지를 제작하였다. 이를 tandem형 태양전지에 적용할 경우 초기 효율뿐만 아니라 얇은 두께에서 제조할 수 있기 때문에 광열화 특성이 향상되어 안정화 효율의 증가를 가져올 수 있다.

태양전지용 실리콘 생산을 위한 금속급 실리콘 제조와 슬래그 정련 연구

이상욱(Lee, Sangwook),김대석(Kim, Daesuk),박동호(Park, Dongho),문병문(Moon, Byung Moon),민동준(Min, Dong Jun),류태우(Yu, Tae U) 한국신재생에너지학회 2011 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.05

야금학적 방법을 통한 태양전지용 실리콘 제조를 위하여 아크로(Arc furnace)에서 제조된 용융 상태의 금속급 실리콘을 슬래그와 직접 반응시켜 불순물을 제거하는 공정에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 아크로와 고주파 유도용해로(High-frequency induction furnace)를 이용하여 금속급 실리콘을 제조와 정련 특성 실험을 수행하였다. 본 연구에서 금속급 실리콘을 제조하기 위한 장비로 150kW급-DC 아크로와 300kW급-AC 아크로를 사용하였다. 원재료로 규석, 코크스(Cokes), 숯, 그리고 우드칩(Wood chip)을 실험 비율에 맞춰 아크로 내부에 장입하고, 이를 용융환원 방법을 통해 반응을 시켰다. 이때 생산된 금속급 실리콘의 순도는 약 99.2~99.8% 이었으며, 원재료의 순도, 장입 비율 및 아크로 운전 특성에 따라 편차가 있다. 아크로에서 생산된 금속급 실리콘의 경우 인(phosphorus), 붕소(boron)를 다량 함유하고 있고, 이를 제거하기 위하여 50kW급 고주파 유도용해로 장비를 사용하여 슬래그 정련 실험을 수행하였다. 슬래그 정련시 사용한 성분은 SiO2, CaO 그리고 CaF2 이며, 금속급 실리콘과 슬래그의 질량비 및 반응 시간에 따른 실리콘 불순물 특성을 평가하였다. 실험결과 인과 붕소는 각각 1 ppm 이하, 5 ppm 이하 였으며, 칼슘을 제외한 대부분의 금속 불순물의 경우 0.1~0.2% 임을 확인하였다.