현재 세계 각국은 차세대 에너지원 확보를 위해 태양전지 개발에 힘을 쏟고 있다. 대표적인 차세대 박막태양전지 물질인 CIGS(구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄)는 4가지 각 원소의 성분 조성에 따라 태양 전지의 효율이 달라지기 때문에 그 성분을 정확하게 측정하는 것이 매우 중요하다.

한국표준과학연구원 연구팀은 CIGS 박막의 정량분석에 대한 새로운 방법을 제시하고 이를 바탕으로 영국, 독일, 미국 등 선진 국가표준기관들이 참여한 국제비교를 성공적으로 주관했다. 

국제비교(KC, Key Comparison)는 각 국가의 측정 표준 능력이 어느 정도 일치하는지를 알아보기 위한 일종의 시험으로 국가 간 측정 동등성을 확인하고 소급체계를 확보해 최상위 국제표준을 확립하는 표준기관의 대표적인 활동이다.

KRISS는 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄 원소 각각의 깊이분포가 균일하지 않은 CIGS 박막을 ‘전수합산법’이라는 새로운 분석기술로 정량분석을 성공하였다. 이후 예비 실험(파일럿 연구)을 통해 전수합산법이 대부분의 표면분석법에 적용될 수 있음을 확인, 이 방법을 사용한 CIGS 조성분석 국제비교를 주관했다.

▲ KRISS 표면분석 연구팀이 박막조성분석장비인 XPS를 활용해 CIGS 조성분석을 실시하고 있다. 

국제비교 결과 복잡한 다성분 박막의 조성분석임에도 전수합산법을 사용함으로써 측정불확도가 기존 방법에 비해 약 1.5배 향상된 우수한 결과를 도출할 수 있었다. 이 과정에서 KRISS는 자체적으로 개발한 박막태양전지 인증표준물질(CRM)¹⁾을 타 국가표준기관들에게 제공하였다. 

1) 인증표준물질(CRM, Certified Reference Material): 특정 성분의 함량과 불확도가 정확하게 측정된 표준물질로, 측정기기의 교정이나 분석방법의 정확성을 확인할 수 있는 기준이 된다.

KRISS 연구팀은 전수합산법을 이용하면 표면정량분석의 문제점인 매질효과를 효율적으로 상쇄하여 다성분 합금 박막의 정확한 정량분석이 가능함을 밝혀내었고, 이는 추후 차세대 박막 태양전지를 비롯한 첨단소자 개발 과정에 큰 영향을 미칠 것으로 예상했다.

김경중 신기능재료표준센터 박사는 “이번 국제비교 주관은 KRISS가 첨단산업 핵심 측정에 대한 국제표준을 선도하고 있음을 보여준다”고 말하며 “측정난제 해결 및 관련 표준 제공을 통해 첨단 산업체의 국제경쟁력 제고에 크게 기여할 것으로 예상된다”고 덧붙였다.