BC-TOPCon의 마지막 후면 전투: 하단 SiOx를 얼리고, 중간층을 AlOx/SiOx로 구역화
목차
제품 소개
"장 선배, 그 26.34% 전면 핑거 + 전면 접촉 후면 p 이중층 논문 — 다음 단계는 후면 p도 핑거 형태로 만드는 것이고, 그게 진짜 BC입니다. 하지만 p-핑거 아래의 중간 SiOx 층: 26.66의 순수 SiOx를 유지할까요, 아니면 AlOx/SiOx로 바꿔 전계 효과를 빌릴까요?" 이 질문은 오늘 아침, 26.34% 논문을 생산 라인 그룹 채팅에 올린 직후에 나왔고, BC 프로젝트 팀원들이 그걸 쫓기 시작했습니다.
진정한 BC-TOPCon에서 하단 SiOx — 패시베이팅 핀홀을 성장시키는 층 — 은 건드릴 수 없습니다. 그러나 원래 Ag를 차단하고 정지층을 얇게 하는 역할을 했던 '중간 SiOx' 층은 p-핑거가 국부화되면 구역별로 조정할 수 있습니다. 비접촉 영역은 AlOx/SiOx로 바꿔 전계 효과를 빌립니다. 페이스트 바로 아래의 접촉 영역은 순수 SiOx를 유지하여 B 확산이 폭발하는 것을 막습니다. 이 한 번의 교체가 26.34%에서 27.6%+로의 1.3% 절대 증가분 중 후면에서 얻을 수 있는 가장 큰 부분입니다.
기술 매개변수
먼저, 테이블 위의 두 27%+ BC 벤치마크
Zheng, Z. et al. Maximizing carrier extraction in hybrid back-contact silicon solar cells. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026- (베이징 공업대학 + 골든 스톤 에너지, 인증 27.62%)
LONGi HIBC, 28.13%, ISFH CalTeC 2026년 4월 (LONGi HIBC 2.0, HPBC 경로, 갓 세운 기록). HIBC 1.0 (Wang G. et al., Nature 647, 369–374, 2025, DOI:10.1038/s41586-025-09681-w, 27.81%) 기반에 iPET + LIC를 반복 적용; 논문 게재 예정, 인증은 LONGi 공식 사이트에 있음.
| 지표 | JinKo 26.66% (양면 n-TOPCon) | BJUT + 골든 스톤 27.62% (HBC) | LONGi HIBC 28.13% |
|---|---|---|---|
| 구조 | 전면 붕소 + 후면 n-TOPCon 전면 접촉 이중층 | 전면 a-SiOx + 후면 p/n 인터디지테이티드 (HBC) | 전면 HJT-P + 후면 TOPCon-N 핑거 (HIBC) |
| Voc (mV) | 744.6 | 740 | — |
| Jsc (mA/cm²) | ~41.2 추정 | 42.54 | — |
| FF (%) | 85.57 | 87.73 | — |
| 핵심 이동 | 이중층 SiOx/poly + Ag 차단 | 구배 B 도핑 a-Si + O 도핑 a-SiOx 전면 패시베이션 | 양극성 하이브리드 패시베이션 (P측 a-Si:H + N측 poly) |
87.73%의 FF를 주목하세요. 26.66%는 85.57%에 불과합니다. 그 2% 절대 FF 격차는 '후면 이중층'만으로는 메울 수 없습니다. 이는 후면 핑거 형상 최적화, 전면 그리드 없는 차광, 그리고 접촉 재결합을 400-500 fA/cm² 수준으로 낮추는 데서 비롯됩니다 (아래 참조).
기술적 장점
p-핑거가 국소화되면 이중층 SiOx/poly가 어떻게 변하는가
26.66%와 26.34%의 '이중층'은 모두 전면 접촉 후면입니다 — poly가 후면 전체를 덮고, 중간 SiOx가 연속적인 단일 시트로 이어집니다. 실제 BC가 후면 n과 후면 p를 모두 핑거 형태로 만들면, 스택은 '블랭킷'에서 '교차 핑거'로 바뀌며, 두 로직을 재분할해야 합니다.
하부 SiOx (~1.x nm, 터널 사이트) — 절대 움직이지 않음.
이것은 Das Solar의 핀홀 패시베이션 논문의 핵심 영역입니다. 10¹² cm⁻² 등급의 산소 함유 핀홀을 성장시키며, J₀를 2-4 fA/cm²로 낮추는 데 의존합니다.
BC에서 p-핑거 아래의 하부 SiOx는 P가 아닌 B 도핑 poly와 마주합니다. B는 Si/SiO₂ 계면에서 더 높은 Dit를 가지며, B 분리는 SiOx 화학양론을 손상시킵니다. 따라서 p-핑거 측 하부 SiOx는 실제로 n-핑거 측보다 약간 더 두꺼워야 하며 (+0.2-0.3 nm), 1050°C 사전 어닐링으로 B를 활성화하고 결정성을 98%로 끌어올려야 합니다 (26.34% 논문이 제시하는 기준선).
중간 SiOx (원래 1.5 nm, Ag 차단 사이트) — BC에서는 재료를 구역별로 나눌 수 있습니다.
이것이 핵심 변수입니다. 26.66/26.34의 중간층은 순수 열 산화 SiO₂로, 단일 기능 (Ag 차단 + 정지층 얇게)을 합니다. 교차 핑거 BC 구조에서는 p-핑거 영역이 전면 접촉이 겪지 않았던 두 가지 새로운 문제점에 직면합니다.
문제점 A: p-TOPCon 측은 자연적으로 전계 효과가 약합니다. Si/SiO₂ 계면에서 B의 고정 전하는 양성입니다 (n+ 측과 반대). 순수 SiOx는 p-측 전계 효과 패시베이션을 제공하지 않으므로, 외부 AlOx 스택에서 음전하를 빌려와야 합니다.
문제점 B: 금속 접촉 재결합 J₀,metal은 p-핑거 아래에서 BC 효율의 상한선입니다. 오늘날 무은 BC는 Al-접촉 J₀,metal ~2400-2500 fA/cm² 수준으로, 약 25.9% 효율에 해당합니다. 26.8% Ag 시스템 수준에 도달하려면 J₀,metal을 400-500 fA/cm² 이하로 낮춰야 합니다.
순수 SiOx 중간층은 A를 처리할 수 없습니다. 전체를 AlOx/SiOx로 교체하면 또 다른 지뢰를 밟게 됩니다.
AlOx/SiOx는 터널층으로는 함정이지만, 중간층으로는 사탕일 수 있습니다.
문헌에서 두 시나리오가 혼동되는데, 반드시 구분해야 합니다.
시나리오 1: AlOx가 하부 SiOx를 직접 대체하여 터널층이 되는 경우. Kaur의 연구(Solar Energy Materials 2021)가 여기서 경고 사례입니다:
AlOx 및 AlOx/SiOx 이중층을 터널층으로 사용하면 순수 SiOx보다 패시베이션이 나빠집니다.
메커니즘: AlOx/SiOx는 B 확산을 현저히 증가시키고 P 확산을 억제합니다. B는 AlOx 영역의 "저장소"에 축적된 후 c-Si로 밀려 들어가며, Auger 재결합과 B-O 쌍 결함의 이중 타격을 줍니다.
게다가 AlOx에서 c-Si로 Al이 확산되어 깊은 준위를 형성하므로 SRH 재결합도 증가합니다.
따라서 하부 SiOx는 절대 AlOx로 교체할 수 없습니다. 이것이 26.66/26.34 기준선이 움직이지 않는 근본 원인이며, LONGi HIBC가 "P측은 a-Si:H(HJT 로직), N측은 poly(TOPCon 로직)"을 사용하는 정확한 이유입니다. P측은 SiOx/poly 구조를 우회하고 HJT 비정질 + 수소 경로를 통해 B-SiOx 함정을 피합니다.
시나리오 2: AlOx/SiOx가 "중간" 위치에 배치됩니다(터널링 없음, 전계 효과 + Ag 차단만). 이것은 BC 전용 전략입니다:
하부 SiOx(1.x nm)는 순수 열 산화 SiO₂로 유지되어 패시베이팅 핀홀을 형성합니다.
내부 poly(p+, 고결정성) 위, 외부 poly(p++, 금속화용 고농도 도핑) 아래에 순수 SiOx 중간층(1-1.5 nm)이 위치합니다.
비접촉 영역(핑거 사이, 페이스트에서 떨어진 핑거 내부)에서는 중간층이 초박형 AlOx(2-4 nm) / SiOx(1 nm) 스택으로 교체됩니다. AlOx의 음의 고정 전하 ~10¹²-10¹³ cm⁻²는 p-핑거에 전계 효과를 제공하고 p-TOPCon 측 Dit를 낮춥니다.
접촉 영역(페이스트 개구부 아래)에서는 중간층이 순수 SiOx를 유지합니다. 이는 Ag 페이스트가 700-800°C에서 소성될 때 AlOx가 B 확산을 폭발적으로 증가시키는 것을 막기 위함입니다(AlOx는 550°C 이상에서 Si-H 해리로 불안정해집니다).
이 "구역화된 중간층"에 대한 공개된 BC 단면 데이터는 아직 없지만, 논리 체인은 성립합니다. n형 전면 패시베이션에 6nm/12nm의 a-SiOx:H/AlOx:H는 어닐링 없이 이미 τeff 5.1 ms를 달성하며, 이는 AlOx가 c-Si에 직접 접촉하지 않고(a-SiOx 또는 SiOx 사이에 있음) 전계 효과와 화학적 패시베이션이 협력할 수 있음을 의미합니다. BC p-핑거 비접촉 영역이 정확히 그 경우입니다: 하부 SiOx가 c-Si를 분리하고, 중간 AlOx/SiOx가 내부 폴리를 분리하며, AlOx는 c-Si에 절대 접촉하지 않고, B 확산 경로는 하부 SiOx와 내부 폴리라는 두 장벽으로 차단됩니다 — 직접 터널층으로서의 AlOx보다 훨씬 안전합니다.
제품 응용
p-핑거 국소화를 위한 세 가지 지원 조치(26.34에서 27.6 증가)
| 조치 | 26.34% 기준 | BC p-핑거 국소화 증가분 | 해결된 병목 |
|---|---|---|---|
| 하부 SiOx | 전체 접촉 1.8 nm(p-TOPCon 측) | p-핑거 아래 1.8→2.0 nm(anti-B 피닝), n-핑거 아래 1.3-1.5 nm | B 편석이 SiOx를 손상시킴 |
| 중간 SiOx | 순수 SiOx 1 nm(인시튜) | 구역화: 비접촉 AlOx(3nm)/SiOx(1nm), 접촉부 순수 SiOx 1 nm | 약한 p측 전계 효과 |
| 외부 폴리 | 90 nm p++, 알칼리 금속 페이스트 | p-핑거 아래 레이저 LCO 개구, 폴리/SiOx를 손상시키지 않고 AlOx/SiNx만 개방(iVoc 안정성 확인) | J₀,metal 2400→400 |
| 어닐링 | 1050°C 사전 어닐링, 98% 결정화율 | 동일하지만, p/n 핑거 공동 어닐링 창은 절충해야 함 — P측 880-920, B측 1050, ~950-980°C 장시간 어닐링으로 분할 | 열 예산 충돌 |
| 금속화 | 알칼리 금속 Ag 페이스트(4wt% Na₂O/K₂O) | 무은 Al 접촉 또는 Ag-Al 혼합 페이스트, p-핑거 700°C 소성 J₀,metal ~2400, n-핑거 동일 조건 ~2500 | 무은 + J₀,metal을 400으로 압축 |
그 무은(無銀) BC 데이터가 중요합니다: LCO(레이저 접촉 개방) 후 iVoc가 거의 떨어지지 않고 라만에서 비정질 신호가 없어, '폴리/SiOx 패시베이션을 깨지 않고 창을 여는 것'이 가능함을 증명합니다 — 이것이 BC p-핑거 아래 '접촉 영역에 순수 SiOx 중간층 유지 + LCO 페이스트 창' 공정의 기반입니다. 그러나 J₀,metal 2400 fA/cm²는 25.9% 효율에만 해당합니다. Ag 시스템 26.8%와의 0.9% 절대 격차는 전적으로 접촉 재결합에 의해 소모됩니다. 다음 도약의 병목은 패시베이션 층이 아니라 금속화입니다.
그렇다면 27%로의 마지막 도약에서 후면이 정말로 싸우는 것은 무엇일까요?
4세대를 모두 나열해 보겠습니다 — Das 25.4 → JinKo 26.66 → JinKo 26.34 → Golden Stone 27.62 / LONGi 28.13:
25.4% 세대: 후면은 하부 SiOx의 '핀홀 특성'(패시베이션 대 재결합)을 두고 싸웠으며, LPCVD 2단계 산화로 10¹²급 패시베이팅 핀홀을 성장시켰습니다.
26.66% 세대: 후면은 이중층 SiOx/poly + 중간 SiOx Ag 차단 + 레이저 박막화를 두고 싸워 금속화 열화와 기생 흡수를 해결했습니다.
26.34% 세대: 후면 p-TOPCon 전면 접촉 이중층 + 알칼리 금속 페이스트 + 1050°C 사전 어닐링으로 p측 B 편석과 금속화를 개선했습니다.
27.6%+ 세대(BC): 후면 p/n 인터디지테이트, 하부 SiOx를 극성에 따라 조정(p측 2.0 / n측 1.3) + 구역화된 중간층(전계 효과용 비접촉 AlOx/SiOx, 접촉부 순수 SiOx) + 패시베이션 손상 없는 LCO 개방 + 무은/저은 금속화로 J₀,metal을 400으로 압축.
반직관적인 한 가지: 27% 이상에서는 후면의 '전계 효과 + 이중층 조합'에서 AlOx는 하부에 들어갈 수 없습니다(터널 사이트가 B 확산을 폭발시킴), 오직 중간 비접촉 영역에만 가능합니다. 이것이 PERC 시대의 'c-Si에 직접 AlOx를 증착하여 음전하를 차용'과의 가장 큰 차이점입니다. BC 구조는 우연히 '구역화된 중간층'을 위한 공간을 제공합니다(인터디지테이트 구조가 자체적으로 구역화를 가져옴). 전면 접촉 TOPCon은 이를 구현할 수 없습니다. 이것은 또한 26.66/26.34가 중간층에 AlOx를 넣지 않은 이유를 설명합니다 — 전면 접촉이므로 중간층이 정지층 + Ag 차단층을 겸해야 하며, 순수 SiOx가 더 안전합니다.
BC 파일럿 라인이 먼저 시도할 수 있는 것
p-핑거 하부 SiOx를 1.5에서 1.8-2.0 nm로 이동 — LPCVD 620°C O₂ 시간을 30-50% 늘리고, 먼저 B 편석 ECV 프로파일을 확인합니다.
'두 가지 선택' 중간층 샘플 실행: 그룹 A 순수 SiOx 1.5 nm(26.66 기준), 그룹 B 비접촉 ALD AlOx 3nm / SiOx 1nm + 접촉부 순수 SiOx 1.5 nm(LCO 창 정렬을 올바르게 설정).
AlOx에 맞게 LCO 레이저를 조정하십시오 — AlOx는 SiOx보다 355 nm에 더 민감하므로, 딥UV 4.8 eV 광자가 "poly/SiOx를 손상시키지 않고 SiNx/AlOx만 열어주는" 레시피는 B면과 N면의 도즈를 별도로 재보정해야 합니다.
금속화를 Ag-Al 혼합 페이스트 또는 전체 Al로 전환하고, 소성 온도를 700°C로 고정하십시오 — 기준 n/p J₀,metal 2400-2500은 유리 프릿, 소성 분위기, 접촉 패턴 밀도를 모두 함께 조정하여 400-500에 도달해야 합니다.
BC 금속화 팀을 위한 미해결 질문
p-핑거 아래 "구역화된 중간부"의 제조 가능성 — 비접촉 영역에만 ALD AlOx를 증착하려면 마스크가 필요한지, 아니면 전면 증착 후 LCO 레이저로 접촉 영역의 AlOx를 제거하는 방식인지? 전자는 마스크 공정을 추가합니다(BC는 이미 충분히 복잡함), 후자는 LCO 레이저가 AlOx/SiOx 스택을 스캔하여 하부 SiOx의 패시베이션 핀홀을 손상시킬 위험이 있습니다(AlOx/SiNx만 스캔하는 것은 poly/SiOx에 무해한 것으로 검증되었지만, AlOx/SiOx 스택은 검증되지 않았습니다).
또한, Golden Stone의 27.62%는 "그라데이션 B-도핑 a-Si + O-도핑 a-SiOx 전면 패시베이션"을 사용했으며, P면은 TOPCon이 아닌 HJT 로직을 따랐습니다. HIBC(P면 HJT + N면 TOPCon)가 풀-TOPCon BC(양쪽 p-핑거와 n-핑거 모두 poly/SiOx)보다 28%에 더 빨리 도달할까요? LONGi의 28.13% 라인은 HIBC가 이긴 것처럼 보이지만, 풀-TOPCon BC의 장치 단순성(N면과 P면 모두에 poly, 공유 어닐링)이 장기 비용 측면에서 승리할 수 있습니다. 이 두 BC 하위 경로는 다음으로 "패시베이션 한계 vs 공정 복잡성" 트레이드오프에서 충돌할 것입니다.
네 편의 논문이 연속으로 발표되었으며(Das 25.4 → JinKo 26.66 → JinKo 26.34 → Golden Stone 27.62 / LONGi 28.13), TOPCon의 3세대 후면 로직이 25%→26%→27%+로 완성되었습니다: 패시베이션 핀홀 → 이중층 Ag 블록 + 박막화 → BC 인터디지테이션 + 구역화된 중간부 + 전계 효과 조합.
Ooitech의 견해
구역화된 중간부 아이디어는 영리하지만, 솔직히 더 어려운 싸움은 설계도가 아닌 생산 라인에서 벌어집니다. J₀,metal을 2400에서 400으로 낮추려면 LCO 레이저 도즈, 페이스트 프릿, 소성 프로파일이 모든 핑거에서 웨이퍼마다 허용 오차를 유지해야 합니다 — 이는 셀 물리학만큼이나 모듈 라인 반복성 문제입니다. 업계가 풀-TOPCon BC 또는 HIBC 중 어느 쪽에 먼저 도달하든, 공정 창은 어느 쪽이든 줄어들므로, 후면 스택의 계측과 열 제어가 실제 관문이 됩니다. 모듈 생산 라인을 구축하거나 업그레이드하는 분들은 Ooitech YouTube 채널에서 이러한 소성 및 라미네이션 트레이드오프에 대한 많은 정보를 얻을 수 있습니다: www.youtube.com/ooitech.
