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1 열전소자시장및개발동향 전황수 (H.W. Chun) 장문규 (M.G. Jang) 경제분석연구실책임연구원 3D 플렉시블소자패키지연구실실장 Ⅰ. 서론 Ⅱ. 열전소자시장 Ⅲ. 해외의개발동향 Ⅳ. 국내의개발동향 Ⅴ. 시사점 열전소자는열에너지를전기에너지로, 전기에너지를열에너지로직접변환하는데사용되는소자로에너지절감이라는시대적요구에가장잘부응하는소재이자기술이다. 이것은자동차, 우주 항공, 반도체, 바이오, 광학, 컴퓨터, 발전, 가전제품등산업전반에서광범위하게활용되고있다. 선진국들은연구소와기업을중심으로연료효율을증진시키기위한열전소재연구를진행하고있고, 국내에서도연구소와대학을중심으로수행되고있다 한국전자통신연구원

2 Ⅰ. 서론에너지수요급증과기후변화의주범으로화석연료사용이지목되고있으며, 세계적으로대체에너지원확보를위한노력이전개되고있다. 가장큰에너지원인석유는유전의매장량및채굴의한계, 산유국의정세불안, 심해유전등의공급량증가로인한원가상승등으로상당한제약을받고있다. 따라서석유등기존의화석연료를대체하기위해세계적으로대체에너지원확보를위한노력이전개되고있다. 그러나가장경제성있는대체에너지원으로평가를받아온원자력발전이후쿠시마원전사고등으로안전성에의문이제기되면서세계적으로원자력발전소건설중단및축소움직임이일어나고있다. 또태양광, 풍력, 조력등의대체에너지는기술진보의한계, 경제성부족등으로더이상큰진전을보지못하고있다. 최근들어대체에너지개발보다낭비되고있는폐열등을회수해전기에너지로변환하여연료효율을향상시키는에너지하베스팅 (Energy Harvesting) 이주목을받고있다. 열전소자 ( 熱電素子 : TEM(Therm-electric Materials)) 는열에너지를전기에너지로, 전기에너지를열에너지로직접변환하는데사용되는소자로에너지절감이라는시대적요구에가장잘부응하는소재이자기술이다. 이는자동차, 우주 항공, 반도체, 바이오, 광학, 컴퓨터, 발전, 가전제품등산업전반에서광범위하게활용되고있다. 선진국들은연구소와기업을중심으로연료효율을증진시키기위한열전소재연구를진행하고있고, 국내에서도연구소와대학을중심으로수행되고있다. 본고에서는미래유망한친환경에너지소자로부상하고있는열전소자의시장전망및국내외개발동향을분석한후정책적시사점을도출하고자한다. Ⅱ. 열전소자시장열전소자시장은발전소자를이용한응용시장과냉각소자를이용한응용시장으로구분된다. 열전소자는자동차온도조절시트 (Climate C-ntr-l), 반도체 ( 순환기, 냉각판 ), 바이오 ( 혈액분석기, PCR, 시료온도싸이클테스터기 ), 이학분야 ( 스펙트로포토미터 ), 광학분야 (CCD 쿨링, 적외선센서냉각, 레이저다이오드냉각, 포토다이오드냉각, SHG 레이저냉각 ), 컴퓨터 (CPU 냉각 ), 가전제품 ( 김치냉장고, 소형냉장고, 냉온수기, 와인냉장고, 쌀통, 제습기등 ), 발전 ( 폐열발전기, 리모트파워발전 ) 등다양한분야에적용되고있어새로운시장을창출하 < 표 1> 용도별열전에너지하베스트시장전망 ( 단위 : 백만달러 ) 구분 CAGR 무선센서네트 % 워크 (WSN) 군사 & 우주 % 기타산업용 % 헬스케어 % 기타소비자용 % 기타非소비자용 % 합계 % < 자료 >: IDTechEx, 2012, p. 55. 전황수외 / 열전소자시장및개발동향 105

3 고있다. 시장조사기관 IDTechEx에따르면바람이나태양광, 온도변화, 진동등주변환경으로부터에너지를얻는기술인에너지하베스팅의응용기기시장규모가 2020년에 43억 7천만달러에달할것으로전망되며, 열전소자분야의시장규모는 2억 3,600만달러로추정된다. IDTechEx에따르면열전에너지하베스트시장은 2012년 3,168만달러에서 2017년 1억 8,100만달러로증가하고 2022년에는 7억 4,600만달러로연평균 37.1% 성장할전망이다. 용도별로는 < 표 1> 에서보듯이무선센서네트워크 (WSN) 용열전소자시장이 2012년 5만달러에서 2017년 6,600만달러, 2022년 3억 600만달러로증가하면서연평균 139.2% 로고성장할전망이다. 군사및우주 항공용열전소자시장은 2012년 3,000만달러에서 2017년 4,500만달러, 2022년 6,400만달러로연평균 7.9% 성장할전망이다. 기타산업용열전소자시장은 2012년 100만달러에서 2017년 3,500 만달러, 2022 년 1억 9,800만달러로연평균 69.7% 성장할전망이다. 헬스케어용열전소자시장은 2012년 10만달러에서 2017 년 700만달러, 2022년 3,300만달러로연평균 78.6% 성장할전망이다. 기타소비자용열전소자시장은 2012 년 2만달러에서 2017년 1,900만달러, 2022 년 1억 2,500만달러로연평균 139.7% 의가장높은성장을기록할전망이다. 기타비 ( 非 ) 소비자용열전소자시장은 2012년 50만달러에서 2017년 900만달러, 2022년 2,000만달러로연평균 44.6% 성장할전망이다 [1]. Ⅲ. 해외의개발동향 를이용한고효율열전소재개발을활발히추진중이다. MIT 미디어랩은신발뒤축에압전물질을붙여사람이걸을때발생하는충격으로 1.3mV의전기를얻었다. 캘리포니아공대재료과학과제프리스나이더박사팀은 2011년 5월높은변환효율을갖는열전소자재료를개발했다. 납과텔루르, 셀레늄합금의나노구조를개선해약 576도 (850K) 에서성능지수 1.8 을얻었다. 퍼듀대연구진은 2010년 12월자동차의폐열로부터전기를얻는새로운시스템인열전발전기를개발하였다. 열전발전기는충전배터리와자동차전기시스템으로부터전기를생성시켜서엔진의부하를경감하고연비를개선시킨다. GM과포드는머플러에열전재료를입혀폐열을전기로바꿔다시엔진의보조전력으로사용하거나차량시트냉난방등에활용하는기술을개발해자동차연료효율을높이는데주력하고있다 [2]. Ameringono BSST는미에너지부의지원을받아배기구에서나오는폐열을열전발전소자를이용해수확하고이를변환하여앞쪽에배터리충전방식으로자동차의연료효율도높이고에너지도동시에절약하는열전발전소자를개발하고있다. Nextreme사는 2mm도안되는작은크기의박막형열전소자를제작하였고온도차가 70도에서는 16mW 이상, 온도차가 120도이상에서는 45mW 출력을발생하는우수한성능의소자를구현하였다 [3]. 벤처기업인 Flame Stower 사는제백효과를이용한열전변환소자를적용한 USB로발화시킬수있는 Fire Charger를개발하였다. USB 충전기의스펙은전압 5V, 전력 2-3W, 무게는 230g, 크기는 cm이다. 1. 미국 미국은 < 표 2> 에서보듯이 NASA, 버클리대, 하버드대, MIT 등에서초격자, 나노와이어, 나노점등의구조 2. 유럽 유럽의열전소자연구는 EU의 FP-7을중심으로대학과프라운호퍼 (Fraunhofer) 등연구소를중심으로기 106 전자통신동향분석제 29 권제 6 호 2014 년 2 월

술개발이활발히수행되고있으며벤츠, BMW, 폭스바겐등자동차업체들은폐열을회수해연료효율을높이는데중점을두고있다.

materials ZT 3을목표로하고있다. 예산은총 2,170만유로 (1,470만유로펀딩 ) 이며, 참가국은독일, 프랑스, 영국, 스웨덴, 스페인, 이탈리아, 그리스, 오스트리아, 스위스, 폴란드, 키프러스, 러시아, 리히텐슈타인등이다.

벤츠와 BMW 는 ( 그림 1) 에서보듯이자동차머플러에열전소자를장착해폐열을전기로바꿔엔진보조전기나시트냉난방에활용하는기술을개발하고있다. 에너지하베스팅의일환으로방출되는열을열전소자를이용하여재활용하는연구를진행중이다. 영국의패브리칸사는 2010년 분무형옷 을개발했는데, 페인트분무기에섬유를녹인용액을넣은뒤사람몸에분사하면인체형태그대로옷이된다.

4 술개발이활발히수행되고있으며벤츠, BMW, 폭스바겐등자동차업체들은폐열을회수해연료효율을높이는데중점을두고있다. EU 의 FP(Framework Programme) 7 NMP(Nanosciences, nanotechnologies, materials & new production technologies) 는 2011년부터 2014년까지나노과학, 나노기술, 소재및신생산기술등을대상으로수행되며 TE(Therm-electric energy: 열전에너지 ) 기대효과 TE materials ZT 3을목표로하고있다. 예산은총 2,170만유로 (1,470만유로펀딩 ) 이며, 참가국은독일, 프랑스, 영국, 스웨덴, 스페인, 이탈리아, 그리스, 오스트리아, 스위스, 폴란드, 키프러스, 러시아, 리히텐슈타인등이다. 주제는 1) Nanohightech(2014년 11월 ) 가 Bi2Te3/Si/SiGe/B4C/B9C 저렴한비용, 산업프로세스에서자동차적용을위한 superlattices 개발을수행하고있고, 2) Therm-mag(2014년 10월 ) 가나노구조 Mg2Si s-lid 솔루션 / 벌크소재, n- ZT 개발목표로고온에서의폐열회수를수행한다. 벤츠와 BMW 는 ( 그림 1) 에서보듯이자동차머플러에열전소자를장착해폐열을전기로바꿔엔진보조전기나시트냉난방에활용하는기술을개발하고있다. 에너지하베스팅의일환으로방출되는열을열전소자를이용하여재활용하는연구를진행중이다. 영국의패브리칸사는 2010년 분무형옷 을개발했는데, 페인트분무기에섬유를녹인용액을넣은뒤사람몸에분사하면인체형태그대로옷이된다. 분무형옷 은일반의류뿐만아니라의료용으로도이용된다 [4]. 독일의 Micropelt 는 2012년 7월도쿄에서개최된 Techno-Frontier 2012 에서환경발전용소자및모듈을출품했다. 반도체프로세스기술을적용한웨이퍼로부터열전발전소자를제조했다. 3. 일본열전소자관련프로젝트로는 NEDO 프로젝트 / 나노구조의열전소자개발과 JST(Japan Science and Technology Agency: 일본과학기술진흥기구 ) 프로젝트 / 고효율열전소자및시스템개발등이있다. 2011년부터 New NEDO 프로젝트가개시되었는데철강의폐열회수를위한열전발전기술개발을목표로 2015년까지수행된다 [5]. JST 는 2013년 5월독창적시리즈전개사업의개발과제로열전교환소자와연료전지를조합한배기가스발전시스템의개발에성공하였다. 자동차에서배출된열과미이용연료를전기에너지로회수하는발전장치로환경부하경감에기여한다 [6]. 민간기업의열전응용개발로는폐열회수시스템 (Waste Heat Recovery systems) 에서 1) 산업용용광로 (Industrial furnaces) 는고마쓰 /KELK, 쇼와케이블시스템, TEC New Energy 등이, 2) 오토바이 / 자동차는 Atsumitec, 고마쓰등이, 3) 소각로 (Incinerator) 는쇼와전공 /Plantec, Actree 등이개발하고있다. 신재생에너지요소 (Renewable Energy sources) 에서 1) 태양열에너지 (Solar thermal (a) BMW 5 시리즈 (b) 파나소닉열전교환모듈 (c) TDDI 펠티어냉장고 ( 그림 1) 해외의열전교환적용사례 전황수외 / 열전소자시장및개발동향 107

5 국가 미국 일본 러시아 독일 < 표 2> 해외의열전소자연구현황 연구내용 NASA: 파이오니아, 아폴로, 보이저 Ⅰ, Ⅱ호에수백W급 RTG 사용 버클리대 : 실리콘나노선성장및열전특성분석-단일나노선 ( 상향식 ) 칼텍 : 실리콘나노선성장및열전특성분석-단일나노선 ( 상향식 ) 펜실바니아주립대 : 에너지수확베낭을개발행보행시진동으로에너지얻음 오하이오大 / 캘리포니아공대 : 연비향상가능케하는신소재개발 (2008) 퍼듀大 /GM: 폐열로부터전기를얻는자동차열전발전기개발 (2010) Teledyne Energy Systems: 군용 0.1kW급 TFG 개발 (1985) Global Thermoelectric: 군용 0.1kW급 TFG 열발전기 (1986) GE: SP-100 우주용 100kW급 NTG 제작 (1988), Manportable TE generator 개발 (1973); 120W급열전해양열에너지변환장치개발 (1979) GM: 차량용 TEG 개발-TEG 모듈개발중 Amerigon-BSST: 자동차폐열을이용한열전발전소자제작연구중 Nexteme: 2mm이하의박막형열전소자제작 무라타제작소 : 에너지하베스팅 TEG 개발 고마쓰 /KELK: 폐열회수 TEG 시스템개발 야마하 : 미니사이즈 TEG 시스템개발 파나소닉 : 열전교환소자를사용해발전량늘린열전교환모듈개발 (2012) 과학기술진흥기구 (JST) - 열전교환소자와연료전지조합배기가스발전시스템개발 (2013) - 물을이용해절연체로부터효율좋은연전재료제조 (2010) 쇼와전선케이블 : 폐열을이용해전기발생시키는열전변환소재개발 (2009) TDDI( 열전소자개발 ): 펠티어냉장고및와인셀러개발 Z-Max: 페르체모듈로작고소음없는미래냉장고개발 (2012) 군사용열발전기개발 : 레이다용전원공급장치 / 휴대용통신장비전원공급시스템 (2.5W-160W)/ 송유관, 가스공급관음극부식방지용전원공급시스템 / 핵잠수함전원공급시스템 (2MW 급 )/ 램프이용라디오전원용열발전기 (1.6-3W 급 )/ 태양열열발전기개발 (1967) 박막형열발전기개발 (1962) 열전류발생기개발 (1967) BMW: 차량용 TEG 개발 -5 시리즈에장착, 시범운행중 폭스바겐 : 열전발전기개발해디젤수송차량에장착 Micropelt: 열전발전을이용한환경발전용소자및모듈개발 (2012) 영국 페브리칸 : 인체형태그대로옷이되는 분무형옷 개발 (2010) 프랑스 캐나다 RTG 개발 (1969) 연소식열발전용재료, 연소실, 열교환기등개발 (1973) 액체연료형열전발전기개발 (1962) 24-32Vdc.120W < 자료 >: ETRI 경제분석연구실, energy) 는 TDS그룹, Jaxa 등이, 2) 온천 (hot springs) 은 TEG( 도시바 ) 등이개발하고있다. 에너지하베스팅 (TEG) 은 1) Monolithic micro TE Gene-rator는무라타제작소가, 2) 미니사이즈 TEG 시스템은야마하와 KELK 가개발하고있다. 파나소닉은 2012년 12월 ( 그림 1) 에서보듯이종래에비해 5배 20kgf/mm2 하중강도를견딜수있는열 전교환소자를사용해발전량을늘린열전교환모듈을개발하였다. 모듈의강도확보를위해전도효율이높은동판이나곡면밀착설치에적합한필름소재를사용한다. TDDI( 熱電素子開發 ) 는펠티어소자및열전변환디바이스개발, 열전시스템제품의제조, 펠티어냉장고등의냉각시스템을판매하고있다. PV-2는고성능, 고신뢰성을갖춘새로운구조의펠티어유닛이다. 열전소자를 108 전자통신동향분석제 29 권제 6 호 2014 년 2 월

6 응용한제품은니혼슈 ( 日本酒 ) 및빵등발효및숙성식품의보관, 온도관리에사용되는펠티어냉장과와인셀러가대표적이다. Z-Max 는 2012년페르체모듈로작고소음없는미래의냉장고를구현하였다. 열전소자페르체모듈은전자가이동하면서방출하는열에너지를한쪽에서흡수하고다른쪽에서방출하는소자로청소기, 소형냉장고등에적용한다 [7]. Ⅳ. 국내의개발동향국내에서는열전소자를제작하기위한기반기술은선진국에비해낮은수준 (ZT~0.8) 이며, 정부지원도미흡한실정이다. 국내에서는 < 표 3> 에서보듯이대학및출연연을중심으로실리콘및비스무스-텔루라이드 (Bi-Te) 계벌크, 박막, 나노선등열전소재의효율을높 < 표 3> 국내의열전소자연구현황 구분기관 / 업체연구내용 열전발전소재 ( 중저온용 Telluride 계 ) 및열전발전시스템설계제작전기연구원 박수동박사팀, 폐열이용친환경열전발전기술개발 (2012) 재료연구소 Bi-Te계열전분말제조, 냉각용모듈개발 (2011) 연구소 대학 기업 기계연구원 표준과학연구원 ETRI KIST 세라믹연구원 다결정 Bi-Sb-Te 박막열전특성열처리통해향상되는연구 한승우박사팀, 박막열전기술과초소형열전발전기개발 (2012) 김영철박사팀, 자동차배기열수확해고효율자동차제작연구 권수용박사팀, 열전소자성능과전기에너지발전효율을정확하게측정 평가할수있는기술개발 (2011) 이우박사팀, 나노기반첨단열전소재상용화핵심기술개발 (2012) 송재용박사팀, 친환경전기도금적용나노소재합금개발 (2013) 여호기박사팀, 세계최고해상도열전현미경개발 (2013) 장문규박사팀, 실리콘나노선열전소자기술개발 2013년부터 2015년까지실리콘기반이종접합형다차원열전소자기술개발연구, 실리콘및화합물을기반으로고효율을가지는나노구조기반열전재료를대량으로생산할수있는방법 윤석진박사팀, 하이브리드에너지하베스팅연구 소결온도증가에따른 CUAlO 2 세라믹의열전특성향상연구 Ca 3 Co 4 O 9 p 형산화물과 (ZnO) 7 In 2 O 3 n 형산화물기반열전모듈 Bi, PbTe 나노선성장및열전소자평가기술개발 인체에너지변환융합파이오니아연구단자가발전스마트의류연구연세대 이우영교수팀, 열전소자상용화기술개발 (2011) 김은애교수팀, 열전소자를이용한소방복개발 (2012) 서울대 윤병동교수팀, 폐열에너지로전기만드는 EH스킨 개발 (2011) 충북대 열전발전회로설계및차량용열발전기시스템개발 KAIST 전기공학과, 스크린프린팅공정기법이용열전소자제작연구한양대 이정호교수팀, 신개념의미래형태양전지소자국산화 (2009) 에이스텍 삼성전자 뉴웰 제너릭스 열전소자기술을활용한반도체검사장비생산 와인셀러및폐열회수발전시스템개발및판매 전자제품폐열을전기로바꿔재사용할수있는열전소재를개발 온도차에의해전기를생산하는열전소자개발 반도체열전소자와세라믹기술접목한 MFC 원천기술개발 발열소자채택부피 / 전력소자줄인초소형냉정수기출시 (2011) 열전소자설계및응용제품개발 HTRT TE 쿨러, 냉온유니트, 하이브리드하트펌프, 건조기, 중계기웅진코웨이 열전반도체소자를이용한초소형정수기개발 (2012) < 자료 >: ETRI 경제분석연구실, 전황수외 / 열전소자시장및개발동향 109

이기위한연구가진행중이다. 기계연구원한승우박사팀은 2012년 4월열에너지를전기에너지로바꾸는세계최고수준의박막열전기술과초소형열전발전소자를개발하였다 [8]. 전기연구원박수동박사팀은 2012년 6월제백효과를이용해열을곧장전기로바꾸는열전발전효율을높이는소재와소자, 시스템등을복합적으로개발하는데성공하였다 [9].

송재용박사팀은 2013년 2월나노소재기술상용화를앞당길수있는 무 ( 無 ) 주형친환경적전기도금나노소재합성제어기술 을개발하였다. 여호기박사팀은 2013년 7 월나노현미경인열전현미경을세계최초로개발하였다 [11]. ETRI 부품소재연구부문장문규박사팀은 1차원실리콘나노선에서의열전특성을연구하였다.

재료연구소김경태박사팀은 2011년 10월자동차배기열, 산업폐열, 태양열, 인체열등열원으로부터에너지를생산하는열전발전성능을획기적으로개선하는원천기술을개발하였다 [13]. 세라믹연구원은소결온도증가에따른 CuAlO2 세라믹의열전특성향상에대한연구를수행중이다.

7 이기위한연구가진행중이다. 기계연구원한승우박사팀은 2012년 4월열에너지를전기에너지로바꾸는세계최고수준의박막열전기술과초소형열전발전소자를개발하였다 [8]. 전기연구원박수동박사팀은 2012년 6월제백효과를이용해열을곧장전기로바꾸는열전발전효율을높이는소재와소자, 시스템등을복합적으로개발하는데성공하였다 [9]. 표준과학연구원권수용박사팀은 ( 그림 2) 에서보듯이 2011년 4월친환경에너지발전기술인열전소자의성능과전기에너지발전효율을정확하게측정 평가할수있는 보호열판법 기술을개발하였다 [10]. 이우박사팀은 2012년 5월열전소자의문제를해결할수있는나노기반첨단소재의상용화핵심기술을개발했다. 송재용박사팀은 2013년 2월나노소재기술상용화를앞당길수있는 무 ( 無 ) 주형친환경적전기도금나노소재합성제어기술 을개발하였다. 여호기박사팀은 2013년 7 월나노현미경인열전현미경을세계최초로개발하였다 [11]. ETRI 부품소재연구부문장문규박사팀은 1차원실리콘나노선에서의열전특성을연구하였다. Top down 방식을이용해제조된 50nm직경의 n-type Si 나노선이약 118μV /K의제백계수를가진다. KIST 윤석진박사팀은하이브리드에너지하베스팅을연구하고있는데, 상용화되면이는몸에착용하거나 들고다니는전자제품등을 이동발전기 로활용된다 [12]. 재료연구소김경태박사팀은 2011년 10월자동차배기열, 산업폐열, 태양열, 인체열등열원으로부터에너지를생산하는열전발전성능을획기적으로개선하는원천기술을개발하였다 [13]. 세라믹연구원은소결온도증가에따른 CuAlO2 세라믹의열전특성향상에대한연구를수행중이다. 소결온도의증가는 porosity를감소시켰으며, 전기전도도증가에따라열전특성이향상됨을볼수있었고, Porosity 감소는열전도도증가에도영향을미치나전기전도도특성변화에더크게기여한다 [14]. 서울대기계항공공학부윤병동교수팀은 2011년 5월버려지는에너지를모아전기로만드는 EH 스킨 을개발하였다. EH 스킨은진동하는부분에부착해더많은에너지를수확하고, 별도공간이필요없다 [15]. 연세대인체에너지변환융합파이오니어연구단은옷을입고활동하는것만으로휴대전화를충전하거나비상시위치정보신호를발생시킬수있는수준의전기를생산하는 자가발전스마트의류 를연구하고있다. 의류환경학과김은애교수는 2012년 7월형상기억합금을넣은소방복을개발했는데, 평상시에는얇은소방복이지만화재현장으로들어서면단열효과가큰공기층이두껍게형성된다 [16]. KAIST 전기전자공학과에서는값비싼현재의열전소자를대체하기위한방안으로저비용공정인스크린프 (a) 전기연구원복합열전발전모듈 (b) 에이스텍와인셀러 (c) HTRD 열전소자 ( 그림 2) 국내의열전교환적용사례 110 전자통신동향분석제 29 권제 6 호 2014 년 2 월

8 린팅공정기법을이용한열전소자제작연구를진행중인데, 저비용열전소자를제작하는기술은효율대비가격에서장점이있다 [17]. 한양대화학공학과이정호교수팀은 2013년 3월태양전지에사용되는값비싼투명전도막을대체할수있는상부전극형성기술을개발하였다. 이는에너지변환효율을비슷하게유지하면서실리콘소모량을기존전지의 20% 이내로낮춘다 [18]. 충북대하이브리드자동차연구센터는열전하이브리드기술을연구하고있는데, 효율적인전기생산을가능케하는것은물론자동차연비를크게끌어올리는기술로배기가스에의한대기오염을감소시켜준다 [19]. 에이스텍은러시아로부터열전재료를공급받아기계 설계적기술을접목, 최대의성능을이끌어내는기술을세계최초로개발했고, 이를활용해항온항습기와 LCD 시험장비, 반도체시험장비등을생산해반도체기업에공급하고있다 [20]. HTRD는열전소자전문업체로 TF-Heater( 건조장치 ), 폐열회수발전및에너지절감, 냉 / 온수공급 (Heat Pump), 냉장고, 소형난방기, 중계기및산업용항온장치등에열전소자를적용하여제품을개발하고있다. 삼성전자종합기술원은 2009년 6월열을전기로변화시키는성능을획기적으로향상시켜자동차나전자제품에서발생하는폐열을전기로바꿔재사용할수있는 인듐셀레나이드 열전소자를개발하였다 [21]. 뉴웰은희토류, 환경촉매, 금속재료, 에너지저장시스템, 무기재료화합물에대한연구와이를응용한기술과제품을국내기업에제공하고있다. ETRI와공동으로온도차에의해전기를생산하는열전소자도개발해양산화에성공하였다 [22]. Ⅴ. 시사점열전소자개발을위한정책적시사점으로는첫째, 정 부의적극적인관심과투자가필요하다. 열전변환기술이상용화되면자동차의경우 5% 에너지소비효율향상이기대되는등미래에너지강국이되기위해국내열전소재연구개발에대한범정부적지원이필요하다. 연구개발기업에대한지원강화, 연구성과물에대해최종소비자들의구매를촉진할수있는정책의수립및운영등에너지절감을위한소재개발에기업들이자발적으로참여하도록유도하는환경을조성해야한다. 둘째, 지속적인기술개발의필요성이다. 혁신적인소재개발을위해유기소재만이아니라무기, 금속소재등에대한연구를강화하고, 융복합소재기술에대한연구개발이중요하다. 셋째, 반도체와나노기술의발달에따라전자부품은소형화뿐만아니라성능향상과집적화가함께이루어진다. 집적화및성능향상은전자부품의발열문제를수반하고있어이를해결하기위해중요한기술적도전과제로써지속적인연구개발이필요하다. 넷째, 열전관련연구의수행및지적재산권의확보이다. 열전소자는앞으로그린에너지산업의급격한발전과더불어그시장이증가할전망이다. 향후열전소자의시장성을고려할때국내에서도많은열전관련연구를진행하고더많은지적재산권을확보해야할것이다 [23]. 다섯째, 실리콘열전소자기술개발이다. 현재열전소자로널리사용되고있는 Bi2Te3는재료의희귀성으로인해산업화기술로써의활용에어려운측면이있다. 이러한이유로최근에는 Bi2Te3 를대체할수있는새로운열전재료로실리콘열전소자기술이세계적으로활발히연구되고있다. 그동안열전특성이미미한것으로여겨져왔던실리콘을나노구조로활용하면, 현재상용화된 Bi2Te3 에비교할수있는열전특성을보여앞으로급속한발전이예상된다. 특히, 반도체설비및공정기술이세계적인수준으로발달된우리나라는열전소자연구를위한매우유리한여건을갖고있다. 그러므로실리콘을 전황수외 / 열전소자시장및개발동향 111

9 기반으로한저비용, 고효율의열전소자를성공적으로개발하면열전소자분야에서의원천기술확보및초기시장점유에매우유리한입지를선점할수있다 [24]. 용어해설 열전소자 ( 熱電素子, TEM(Thermoelectric Materials)) 1834년프랑스 J.C.A. Peltier가발견한현상으로서로다른두개의소자양단에직류전압을가하면전류의방향에따라한쪽면에서는흡열하고, 반대면에서는발열을일으키는현상을펠티어 (Peltier) 효과라함. 아이스쿨러는이같은펠티어소자의냉각효과를이용한것인데, 그성능은매우강력하여흡열 ( 냉각 ) 면에순식간에이슬이맺힐정도임. 이같이펠티어효과를이용한소자를열전소자혹은열전모듈이라함. 열전발전 (Therm-electric Generation) 1822년독일제백 (T.J. Seeback) 에의해발견된이론으로 P형과 N형의결합된소자양단, 재료양쪽에온도차이를주면기전력이발생하는현상을제벡효과라하고, 이용한것이열전발전기 (Thermoelectric Generator) 임. 특징은회수가치가없다고생각되는 150 이하의열에서도발전이가능하고, 산업배 / 폐열을연료로이용하는열전발전시스템이며, 유지비가거의필요없어저효율의불리한점을극복할수있음. 약어정리 FP NMP TE JST 참고문헌 Framework Programme Nanosciences, nanotechnologies, materials & new production technologies Thermoelectric energy Japan Science and Technology Agency [1] IDTechEx, Thermoelectric Energy Harvesting: Devices, Applications & opportunities , 2012, p. 55. [2] DOE, Automotive Thermoelectric Generators and HVAC, [3] Amerigon-BSST, Thermoelectric Generator Performance for Passenger Vehicles, [4] 중앙일보, 열닿으면부풀어오르는소방복, [5] Takenobu Kajikawa, Overview of Progress in T&D for Themoelectric Power Generation Technology in Japan, [6] 科學技術振興機構, 熱電交換素子と燃 e 電池を組み合わせた ' 排がス發電システム ' の開發に成功, [7] 동아일보, 엠엔알코리아 Z-Max 의페르체모듈선보여, [8] 노컷뉴스, 기계연초소형열전발전소자개발, [9] 동아일보, 전기연폐열이용한친환경열전발전기술개발, [10] 노컷뉴스, 표준연열전소자성능측정기술개발, [11] 조선일보, 표준연세계최고해상도열전현미경개발, [12] 한국경제신문, 팔다리움직여충전하는시대온다, [13] 경남일보, 재료연구소열전발전신기술개발, [14] 조병진, 국내외열전소자연구동향, 전기전자재료, 25 권 2호, , pp [15] 동아일보, 서울대윤병동교수팀, EH 스킨개발, [16] 중앙일보, 열닿으면부풀어오르는소방복, [17] 조병진, 국내외열전소자연구동향, 전기전자재료, 25 권 2호, , p. 44. [18] 머니투데이, 한양대연구팀차세대태양전지원천기술개발, [19] 전자신문, 충북대하이브리드자동차연구센터, [20] 전자신문, 열전소자전문기업에이스텍, [21] 한국경제신문, 삼성, 폐열을전기로전환하는첨단신소재개발, [22] MBC, 희토류자원뉴웰, [23] 조병진, 국내외열전소자연구동향, 전기전자재료, 25 권 2호, , p. 46. [24] 장문규, 이진호 실리콘열전소자기술의연구동향, 전자통신동향분석, , p 전자통신동향분석제 29 권제 6 호 2014 년 2 월