BC 셀 기술 로드맵: 구조에서 공정까지

TOPCon, IBC, TBC, HBC, HIBC는 보통 약어의 계보도로 나열됩니다. 하지만 이들은 일련의 문제들로 읽는 것이 더 낫습니다. 각 경로는 이전 경로가 특정 손실을 해결하지 못했기 때문에 존재하며, 각 경로는 어려움을 다른 곳으로 옮깁니다.

PV 셀 기술 · 후면 접촉 경로 · Jerry, Ooitech 작성

1. TOPCon: 패시베이션 접촉을 먼저 제대로 구현하기

TOPCon은 초박형 실리콘 산화물 층과 도핑된 폴리실리콘 층을 사용하여 패시베이션 접촉을 형성합니다. SiOx 막은 계면 패시베이션을 담당하고, 도핑된 폴리실리콘은 캐리어 선택적 수송을 담당합니다. 산화물 두께, 폴리실리콘 도핑 농도, 어닐링 레시피가 세 가지 조절 변수이며, 이들이 함께 접촉부의 재결합을 낮추면서 수송 손실을 낮게 유지합니다.

해결하려는 문제는 접촉 재결합입니다. 실리콘에 직접 닿는 기존 금속 접촉은 강한 계면 재결합을 일으킵니다. 패시베이션과 캐리어 선택성을 분리함으로써 TOPCon은 더 높은 개방 회로 전압에 도달합니다. 그러나 전면 금속 그리드를 제거하지는 않으므로 전면 음영은 남습니다.

그림 1: 탄소 도핑된 진성 폴리실리콘 패시베이션 접촉으로, 왼쪽에는 구조가, 오른쪽에는 증착 조건에 따른 iVoc, J0s 및 수명 데이터가 있습니다. 2025년에 발표된 연구는 표면 포화 전류 밀도를 0.5 fA/cm² 이하로 낮추고 이 구조를 후면 접촉 응용 분야와 연결했습니다.

2. IBC: 전면 금속을 후면으로 이동

IBC는 구조적 변화를 단호하게 만듭니다. n형과 p형 접촉 모두 후면으로 이동합니다. 셀 전면에는 금속 그리드가 전혀 없어 전면 표면을 광학 관리와 패시베이션 설계에 활용할 수 있습니다. 빛을 차단하는 전면 금속이 줄어들면 웨이퍼에 들어오는 광자 수가 증가하고 단락 전류가 성장할 여지가 더 커집니다.

비용은 후면에서 발생합니다. 기존 셀이 두 극성을 서로 다른 면에 분리하는 반면, IBC는 한 면에 n형과 p형 접촉을 교대로 배치하고, 이들을 전기적으로 절연한 다음, 둘 다 금속화해야 합니다. 접촉 폭, n/p 간격, 극성 경계, 접촉 저항, 그리드 형상이 모두 단일 평면에서 결합된 변수가 됩니다.

그림 2: 단순화된 POLO-IBC 스택. 2026년에는 산업용 장비로 M2 크기 웨이퍼에 제작된 POLO-IBC 셀이 24.5퍼센트의 인증 효율에 도달했습니다. 손실 분석은 전면 표면 패시베이션, n형 폴리실리콘 영역에 대한 은 접촉에서의 재결합, 알루미늄 영역의 재결합 및 접촉 저항을 주요 대상으로 지목했습니다.

3. TBC: TOPCon이 후면 접촉 구조에 들어가다

TBC는 앞의 두 가지의 결합입니다. TOPCon은 패시베이션 접촉을 제공하고, IBC는 후면 접촉 아키텍처를 제공합니다. 그 결과 n형과 p형 패시베이션 접촉이 후면에 형성되고 전면은 금속이 없는 상태로 유지됩니다.

장점은 상속에서 나옵니다. TBC는 TOPCon이 이미 산업화한 재료 및 공정 작업을 기반으로 합니다. 남아 있는 어려움은 구체적입니다. 바로 p형 패시베이션 접촉입니다. 이 접촉의 계면 재결합과 접촉 거동은 셀 전압과 충진율에 직접 영향을 미치므로, 최적화 세부 사항이 아니라 관문 항목이 됩니다.

그림 3: TBC 구조와 밴드 다이어그램(a, b) 및 효율 잠재력 맵(c, d). 소자 파라미터에 대한 2025년 시뮬레이션 연구는 웨이퍼 품질, 표면 패시베이션, p형 접촉 및 후면 구조가 함께 최적화되면 TBC가 28퍼센트에 근접하는 효율 잠재력을 가진다고 결론지었습니다.

더 중요한 TBC 연구는 구조가 아니라 공정에 관한 것입니다. 제조사가 TOPCon의 성숙한 poly-Si/SiOx 패시베이션 스택을 재사용하고 후면 패터닝과 금속화만 재작업할 수 있다면, BC 라인과 기존 TOPCon 라인 사이의 거리는 상당히 줄어듭니다. 그래서 TBC 연구는 접촉 스택 자체에서 접촉 성능, 패터닝 시퀀스 및 금속화로 이동했습니다.

그림 4: LPCVD i-TOPCon 형성부터 2단계 동시 확산, 레이저 절연, 후면 마스크 제거 및 패시베이션에 이르는 TBC 전구체로의 저비용 동시 확산 경로. 단일 열 예산을 사용하는 2단계 확산이 단계 수와 열 노출을 관리 가능하게 유지하는 비결입니다.

4. HBC: 이종접합 측면에서 본 같은 아이디어

TBC는 TOPCon을 통해 후면 접촉으로 들어갑니다. HBC는 실리콘 이종접합을 통해 들어갑니다. SHJ는 패시베이션 접촉을 제공하고, IBC는 후면 접촉 구조를 제공하며, 두 극성 모두 후면에 위치하게 됩니다.

SHJ는 진성 및 도핑된 비정질 실리콘으로 접촉을 형성하여 높은 계면 패시베이션 품질을 제공합니다. IBC의 전면 이득과 결합되어 HBC는 강력한 전압 및 전류 잠재력을 가집니다. LONGi는 2024년에 27.30퍼센트 HBC 셀을 보고했으며, 독일 ISFH의 인증을 받았습니다.

그림 5: 극성 경계가 강조된 HBC 스택(a)과 영역 면적이 표시된 두 가지 후면 레이아웃(b, c). 전자 선택 영역과 정공 선택 영역 사이의 간격은 좁으며, 그곳에서의 재결합은 이종접합의 부작용이 아니라 그 자체로 하나의 손실 메커니즘입니다.

따라서 HBC 최적화는 이종접합에서 멈출 수 없습니다. n형과 p형 접촉이 후면에서 서로 인접해 있기 때문에, 이들 사이의 극성 경계는 충진율을 끌어내리는 별개의 재결합 원천이 됩니다. 2025년 연구는 이 경계를 특별히 분석했으며, 이는 일반적인 BC 문제를 가장 명확하게 보여주는 사례 중 하나입니다. 하나의 표면에 더 많은 기능을 집어넣을수록 그들 사이의 계면이 더 중요해집니다.

5. HIBC: 하나의 셀에 서로 다른 패시베이션 접촉

TBC와 HBC는 각각 단일 접촉 시스템을 채택한다. HIBC는 다른 질문을 던진다. 서로 다른 패시베이션 접촉이 서로 다른 강도를 가진다면, 각 영역이 필요로 하는 것에 따라 동일한 후면의 서로 다른 영역에 이들을 배치할 수 있을까?

2025년 Nature에 발표된 답은 '그렇다'였다. HIBC는 고온 폴리실리콘 터널 접촉과 저온 이종접합 접촉을 동일한 후면에 결합하고, 레이저 공정을 사용하여 p형 접촉의 수송을 국부적으로 강화한다. 그 결과는 87.55% 충진율에서 27.81%의 변환 효율이었다.

그림 6: HIBC 소자 결과. 레이저 처리 영역이 있는 층 스택(a), 도핑 프로파일(b), 레이저 처리 유무에 따른 효율 및 충진율 분포(c, d), 등가 회로 및 단면(f), J-V 곡선(g)을 포함한다. 용어가 "어떤 구조가 이기는가"에서 "어떤 영역이 무엇을 필요로 하는가"로 바뀌었음에 주목하라.

개념적 전환이 숫자보다 더 중요하다. BC 후면은 여러 기능 영역을 포함하며, 그 영역들은 패시베이션, 캐리어 선택성, 접촉 저항 및 금속화에 대해 동일한 요구 사항을 갖지 않는다. HIBC는 전체 셀에 하나의 접촉 기술을 적용하는 대신 영역별로 접촉을 구성한다. 이는 다른 설계 철학이며, 로드맵이 더 이상 사다리가 아니게 되는 지점이다.

6. 구조 혁신에서 공정 협업으로

다섯 가지 경로를 한 줄로 나열하면 패턴이 명확해진다. 각 단계는 재결합 또는 광학 문제를 해결하고 다음 단계에 제조 문제를 넘긴다.

효율이 높을수록 후면 표면은 더 복잡해지고 공정 윈도우는 더 좁아진다. n형 접촉, p형 접촉, 극성 경계, 금속 그리드 및 국부 개구부 모두가 동시에 허용 범위 내에 있어야 한다. 그중 어느 하나의 치수 드리프트나 공정 변동은 접촉 저항, 재결합 손실 또는 저하된 전류 수집으로 나타난다. 이것이 "구조 혁신에서 공정 협업으로"라는 문구의 실체이다. 효율 리더십은 이제 여러 결합된 공정을 동시에 안정적으로 유지하는 것에 달려 있다.

7. 금속화: 효율과 은을 함께 최적화해야 한다

BC 금속화는 전면 인쇄의 확장 버전이 아니다. 두 극성이 모두 후면에 있으므로, 그리드는 인접한 반대 극성 영역 사이의 전기적 절연을 유지하면서 제한된 영역 내에서 전류를 수집해야 한다. 핑거 폭, 핑거 피치, 버스바, 접촉 패드 및 접촉 면적은 각각 성능에 영향을 미치며, 서로 상호작용한다.

그림 7: TBC 셀의 후면 금속화 매개변수. 핑거 형상, 버스바 배열, 연결 버스바 및 패드 치수는 독립적인 선택이 아니며, 각각은 직렬 저항과 인쇄 정밀도 및 은 소비를 절충한다.

2026년 TBC 그리드 설계 연구는 이러한 매개변수를 체계적으로 분석하고 셀 효율과 은 페이스트 소비를 단일 최적화 프레임워크에 통합하여 핑거 폭, 핑거 피치, 버스바, 접촉 패드 및 제로 버스바 레이아웃을 다루었다. 실질적인 결론은 BC 금속화가 접촉 저항, 직렬 저항, 인쇄 정확도 및 은 소비의 네 축에서 동시에 최적화되어야 한다는 것이다.

그림 8: 다양한 버스바 수와 패드 기반 대 제로 버스바(ZBB) 레이아웃에 대한 은 페이스트 소비 대비 효율. 곡선이 평탄해지는데, 이는 효율의 마지막 증가분이 은에서 점점 더 비싸지며, 레이아웃 선택이 곡선상의 단일 점이 아니라 전체 곡선을 이동시킨다는 것을 의미한다.

이 지점에서 연구는 조달처럼 보이기 시작한다. 은은 생산량에 따라 규모가 커지는 반복 비용이며, 페이스트 소비의 큰 증가로 0.2%의 효율을 얻는 그리드 설계는 더 간결한 인쇄로 동일한 효율에 도달하는 설계와는 다른 상업적 제안이다.

8. 저비용 IBC: 공정에서 리소그래피 제거

IBC의 제조 복잡성은 항상 핵심 산업화 문제였다. 후면에 교차된 n형 및 p형 영역을 형성하는 것은 전통적으로 포토리소그래피와 레이저 단계에 의존하며, 각 추가 단계는 장비, 사이클 시간 및 비용을 추가한다.

그림 9: 스크린 인쇄 확산 배리어를 기반으로 구축된 두 가지 리소그래피 없는 IBC 흐름으로, 전면 플로팅 이미터 또는 전면 표면 필드를 사용한다. 둘 다 새로운 공정 플랫폼이 아닌 셀 라인에서 이미 표준인 장비에 의존한다.

2026년 연구는 패터닝된 SiNx 확산 배리어를 사용하여 선택적 붕소 및 인 확산을 달성하고 성숙한 산업 장비에서 셀을 완성하여 19% 수준의 IBC 셀에 도달하는 완전 스크린 인쇄, 리소그래피 없는 및 레이저 없는 IBC 경로를 시연했다. 헤드라인 숫자는 의도적으로 눈에 띄지 않는다. 이 작업이 답하는 것은 IBC가 이미 존재하는 장비에서 더 적은 공정 단계로 구축될 수 있는지이며, 그 질문은 또 다른 실험실 기록보다 장비 투자와 생산 비용에 더 중요하다.

금속화 작업과 함께 읽으면 방향은 일관된다. 프런티어는 더 이상 "이 구조가 28%에 도달할 수 있는가"가 아니라 "이 구조가 산업 규모에서 서비스 및 공급될 수 있는 도구에서 더 적은 단계로 반복 가능하게 생산될 수 있는가"이다.

9. 장비 선택에 있어 이것이 의미하는 바

병목이 구조에서 공정으로 이동했다면, 중요한 장비 결정도 그에 따라 이동했습니다. BC 라인을 지정하기 전에 고려할 가치가 있는 네 가지가 있습니다.

저비용 IBC 작업이 존재하는 이유는 단계 수가 비용을 좌우하기 때문입니다. 스테이션을 병합하거나 리소그래피 단계를 제거하는 장비는 한계적 효율 향상보다 경제성을 더 크게 변화시킵니다.

FAQ

이것이 또한 각 경로가 같은 공장을 두고 경쟁하지 않는 이유입니다. TBC는 TOPCon 공정 성숙도를 이어받아 이미 폴리-Si 라인을 운영하는 제조사에 적합합니다. HBC는 이종접합 역량을 갖춘 제조사에 적합합니다. HIBC는 오늘날 구매할 수 있는 라인 구성이라기보다 지역별 설계 철학입니다. 그리고 저복잡도 IBC는 리소그래피 기반 흐름을 구축하지 않고 후면 접촉을 원하는 제조사를 대상으로 합니다. 선택은 이미 운영 중인 공정에 따라 달라집니다.

IBC, TBC, HBC의 차이점은 무엇인가요?

세 가지 모두 후면 접촉 구조로, 두 극성이 모두 후면에 있고 전면에는 금속 그리드가 없습니다. 접촉이 형성되는 방식에서 차이가 있습니다. IBC는 기본 아키텍처입니다. TBC는 TOPCon의 SiOx/폴리-Si 패시베이션 접촉을 사용하여 후면 접촉을 형성합니다. HBC는 진성 및 도핑된 비정질 실리콘으로 만든 실리콘 이종접합 접촉을 사용하여 형성합니다.

HIBC란 무엇인가요?

Hybrid interdigitated back contact(하이브리드 인터디지테이티드 백 컨택트)입니다. 전체 후면에 하나의 접촉 기술을 적용하는 대신, HIBC는 각 영역에 필요한 것에 따라 서로 다른 후면 영역에 서로 다른 접촉 유형을 할당하여, 고온 폴리실리콘 터널 접촉과 저온 이종접합 접촉을 결합하고 레이저 처리를 사용하여 p형 접촉을 국부적으로 강화합니다. 2025년 Nature 결과는 87.55% 충진율에서 27.81% 효율이었습니다.

극성 경계가 왜 문제인가요?

두 극성이 같은 표면에서 서로 옆에 위치하기 때문입니다. 전자 선택 영역이 정공 선택 영역과 만나는 곳에서, 그 경계에서의 재결합은 추가 손실 경로로 작용하여 충진율을 감소시킵니다. 이는 두 접촉을 한 면에 집적하는 것의 직접적인 결과이며, HBC 최적화가 이종접합 자체에서 멈출 수 없는 이유입니다.

BC 셀은 은을 얼마나 사용하나요?

그리드 설계가 순전히 전기적 문제라기보다 효율 대 소비 문제로 취급될 정도로 충분히 사용합니다. 최근 TBC 그리드 연구는 핀거 폭, 핀거 피치, 버스바 및 패드 치수를 은 페이스트 소비와 함께 최적화하며, 제로 버스바 레이아웃은 단순히 그 트레이드오프를 따라가는 것이 아니라 그것을 이동시키기 때문에 특별히 평가됩니다.

IBC는 리소그래피 없이 제조할 수 있나요?

예, 그리고 이것은 활발한 연구 방향입니다. 2026년 연구는 선택적 붕소 및 인 확산을 위한 패터닝된 SiNx 확산 배리어를 사용하여 완전히 스크린 인쇄되고 리소그래피와 레이저가 필요 없는 IBC 경로를 시연했으며, 성숙한 산업 장비를 기반으로 구축되어 19% 수준의 효율에 도달했습니다. 이 작업의 요점은 기록적인 효율이 아니라 공정 단순화입니다.

새 공장은 어떤 경로를 계획해야 하나요?

최종 생각

발표된 최고 효율보다 이미 보유한 공정 기반에서 시작하십시오. TBC는 TOPCon 폴리-Si 라인을 운영하는 제조사에게 가장 짧은 단계인데, 그 패시베이션 스택을 재사용하기 때문입니다. HBC는 이종접합 역량이 필요합니다. 저복잡도 IBC는 리소그래피 기반 흐름 없이 후면 접촉을 원하는 제조사에 적합합니다. 발표된 효율 순위와 실제 진입 비용은 서로 다른 순서입니다.