셀에서 모듈까지: 백컨택트(BC) 태양광 모듈의 제조 공정

서론: 백컨택트 기술이 태양광 산업을 재편하는 이유

태양광 산업은 현재 진정한 기술 전환의 중간에 있습니다. PERC는 수년간 지배했고, TOPCon은 빠르게 부상했으며, 이제 세 번째 아키텍처가 제조업체와 프로젝트 개발자 모두의 진지한 관심을 끌고 있습니다: 백컨택트(BC) 셀 기술입니다.

기존의 전면 접촉 셀은 금속 그리드 라인이 햇빛을 받는 면에 바로 위치하기 때문에 햇빛의 일부를 낭비합니다. BC 셀은 모든 전기적 접점을 후면으로 옮깁니다. 전면은 완전히 깨끗하게 유지됩니다. 이는 더 높은 단락 전류, 더 세련된 외관, 그리고 주류와 정면으로 경쟁하는 모듈 효율을 의미합니다.

생산 라인을 운영하는 모든 사람에게 BC가 흥미로운 이유는 다음과 같습니다: 완성된 BC 셀에서 완전히 조립된 BC 모듈로 가는 과정은 업계가 수십 년 동안 해온 작업과 동일하지 않습니다. 전면 버스바가 없고, 전면 핑거가 없습니다. 이 한 가지 사실은 셀이 결합되는 방식, 스트링이 구성되는 방식, 리본이 설계되는 방식, 라미네이션 레시피 설정 방식을 변화시킵니다.

이 블로그는 BC 셀에서 BC 모듈까지의 전체 과정을 단계별로, 관련 장비와 주의해야 할 공정상의 함정과 함께 설명합니다.

1. BC 셀 이해: 빠른 입문

1.1 백컨택트 셀이란?

백컨택트(BC) 셀은 때때로 Interdigitated Back Contact (IBC) 또는 올백컨택트라고도 불리며, 에미터와 베이스 접점을 모두 웨이퍼 후면에 인터디지테이트 패턴으로 배치합니다. 전면은 베어 실리콘으로, 한 번에 세 가지 문제를 해결합니다:

• 차광 손실 (기존 셀의 경우 일반적으로 셀 면적의 3-5%)

• 전면 그리드 설계 절충과 관련된 저항 손실

• 외관에 큰 영향을 미치는 눈에 보이는 그리드 라인

2024-2025년 주요 BC 변형:

방향은 명확합니다: BC는 틈새 프리미엄 제품에서 주류 경쟁자로 이동하고 있으며, 중국 제조사들이 2024-2025년을 통해 대규모 확장을 추진하고 있습니다.

1.2 중요한 차이점: 접촉 기하학

PERC 또는 TOPCon 셀에서 전면 버스바(현대 셀에서는 9-16개)와 핑거는 전류를 수집하면서 가능한 한 얇게 유지됩니다. 리본을 해당 버스바에 직접 납땜합니다. 간단합니다.

BC 셀에서는 후면에 n형과 p형 접촉이 평행한 인터디지테이트 패턴으로 교대로 배치됩니다. 이러한 스트립의 폭, 피치 및 간격은 제조사마다 다르며 독점적입니다. 또한 셀이 모듈 내에서 어떻게 상호 연결될 수 있는지도 결정합니다.

2. BC 모듈 제조 공정: 단계별

BC 모듈 라인은 라미네이터, 스트링거, 프레이밍 스테이션 등 기존 라인과 많은 장비를 공유합니다. 그러나 상호 연결 및 스트링 형성 단계는 실제로 다릅니다. 전체 흐름은 다음과 같습니다:

이제 각 단계를 차례로 살펴보겠습니다.

1단계: 셀 수입 검사 및 분류

BC 셀은 모듈 설계에 따라 쿼드런트, 풀사이즈 또는 하프컷 형태로 셀 공장에서 도착합니다. 첫 번째 단계는 모든 모듈 라인과 동일합니다:

• 미세 균열, 치핑, 오염 또는 색상 변형에 대한 육안 검사

• I-V testing for Voc, Isc, Pmax and fill factor

• 미세 균열, 끊어진 핑거, 션트 또는 데드 영역을 포착하기 위한 전계발광(EL) 이미징

• 전력 등급별 셀 분류 및 비닝(보통 1-2.5W 간격), BC 셀의 경우 색상 균일성도 고려, 베어 전면이 색상 차이를 매우 눈에 띄게 만들기 때문

BC-specific challenge: 전면 금속이 없으므로 색상 일관성이 가장 중요하며, 특히 외관이 판매를 좌우하는 주거용 및 BIPV에서 중요합니다. 많은 BC 제조업체는 기존 모듈에 비해 더 엄격한 색상 빈을 사용하며, 때로는 L* 값을 읽는 색도계로 맞춤 선별합니다.ab* 값을 기존 모듈과 비교합니다.

2단계: 셀 스트링/상호 연결 - BC 모듈 제조의 핵심

이 단계에서 BC 모듈은 기존 모듈과 가장 크게 차별화되며, 최근 장비 혁신의 대부분이 집중됩니다.

2.1 상호 연결의 과제

일반 셀에서는 전면 버스바에 평평한 리본을 납땜하고 다음 셀의 후면으로 접습니다. 쉬운 기하학입니다.

BC 셀에서는 양극과 음극 접점이 모두 후면에 상호 디지털 방식으로 배치됩니다. 따라서:

• 간단한 전면-후면 접이식 리본은 작동하지 않습니다.

• 상호 연결은 인접 셀의 후면 접점 스트립을 연결해야 합니다.

• 스트립 피치, 너비 및 정렬은 제조사마다 다릅니다.

• 접합 중 정렬 불량은 직렬 저항 손실 또는 션트를 유발합니다.

오늘날 양산에서는 두 가지 상호 연결 방식이 주로 사용됩니다.

옵션 A: 전도성 접착제(CA) 스트링

Aiko Solar의 ABC 모듈과 같은 제조사가 채택한 방식으로, 납땜 대신 전기 전도성 접착제(ECA), 은 충전 에폭시를 사용합니다.

공정:

1. 정밀 디스펜서가 후면 접점 스트립에 제어된 양의 전도성 접착제를 도포합니다.

2. 상호 연결체(평평한 주석 도금 구리 리본 또는 플렉시블 인쇄 회로(FPC))를 접착제 위에 배치합니다.

3. 어셈블리는 저온 오븐(약 150-180°C, 1-3분) 또는 라미네이션 중에 경화됩니다.

장점:

• 저온 공정으로 셀에 가해지는 열 응력이 적어 웨이퍼가 130마이크론 이하로 얇아지는 경우 중요합니다.

• 납땜 인두 접촉이 없어 미세 균열이 줄어듭니다.

• 미세한 상호 디지털 패턴에 맞춰 서브 밀리미터까지 미세 피치 구현 가능.

• 경화된 접착제는 약간 유연하여 단단한 납땜보다 열 사이클 응력을 더 잘 흡수합니다.

단점:

• 은 충전 ECA는 비쌉니다.

• 경화는 사이클 타임을 증가시키지만, 라미네이션 중 인라인 경화가 도움이 됩니다.

• 장기적인 ECA 접합 신뢰성은 아직 대규모로 입증 중이지만, 초기 가속 시험 데이터는 양호해 보입니다.

옵션 B: 제로 버스바(0BB) 솔더링 / 스마트 와이어 기술

LONGi의 HPBC 기반 모듈과 같은 제조업체가 사용하는 더 전통적인 방식으로, 종종 저온 솔더 또는 SmartWire 방법을 사용합니다.

공정:

1. 약 0.2-0.35mm의 초박형 원형 와이어 또는 평와이어(SmartWire)가 캐리어 프레임에 미리 설정됩니다.

2. BC 셀은 앞면이 위로, 뒷면이 노출된 상태로 와이어 어셈블리 위에 놓입니다.

3. 써모드(열 바) 또는 적외선 가열이 와이어의 솔더를 짧게 리플로우하여 후면 스트립에 접합합니다.

4. 와이어는 다음 셀로 연결됩니다.

핵심 아이디어는 0BB, 즉 제로 버스바입니다. 두꺼운 리본을 개별 버스바에 납땜하는 대신, 수십 개의 초박형 와이어가 미세한 후면 접촉 핑거에 직접 닿아 두꺼운 버스바가 필요 없습니다.

장점:

• 기존 솔더링 장비를 기반으로 하므로 자본 지출이 낮습니다.

• 솔더 접합은 잘 이해되어 있어 신뢰성이 높습니다.

• 0BB 와이어는 인터디지테이트 패턴에 맞춰집니다.

단점:

• 정밀한 열 제어가 필요하며, 과도한 열은 얇은 웨이퍼에 손상을 줍니다.

• 와이어-접촉 정렬이 매우 중요하고 까다롭습니다.

• 일부 설정에서 CA보다 약간 높은 직렬 저항.

스트링 장비: 최신 세대

2026-2027년 기준, BC 스트링 분야의 주요 공급업체는 다음과 같습니다:

BC 셀 스트링 작업은 기존 셀보다 약 10-15% 느리게 진행되는데, 이는 더 정밀한 정렬이 필요하기 때문이지만 공급업체들이 빠르게 격차를 줄이고 있습니다.

3단계: 스트링 배치 및 매트릭스 형성

BC 스트링이 형성된 후(보통 하프컷 레이아웃의 경우 2xN 셀), 모듈 매트릭스에 배치됩니다:

• 단일 유리(유리/백시트) 또는 이중 유리(유리/유리), 후자는 높은 신뢰성과 BIPV를 목표로 하는 BC에서 점점 일반적입니다.

• 스트링은 올바른 직렬 방향으로 후면 캡슐런트 위에 배치됩니다.

• 스트링 간격은 모듈 크기에 따라 결정됩니다. 예를 들어 M10 기반 72셀 모듈은 약 2278 x 1134 mm입니다.

BC 특이 고려사항: BC 셀은 전면 차폐가 없어 약간 더 많은 전류를 흘리며, 시각적 단서인 전면 버스바가 없습니다. 따라서 레이아웃에는 일반적으로 라미네이션 전에 셀 극성을 확인하기 위한 광학 검사가 추가됩니다. 뒤집힌 BC 셀은 명확한 버스바가 있는 전면 접촉 셀보다 놓치기 쉽습니다.

4단계: 버스바 및 크로스 커넥터 솔더링

레이아웃 후, 메인 버스 리본이 스트링을 직렬로 연결하여 전압을 높입니다.

BC 모듈의 경우:

• 버스 리본 부착은 기존 모듈과 동일한 원리를 따릅니다. 리본은 셀 가장자리의 버스바 패드에 솔더링됩니다.

• BC 셀은 종종 가장자리에 특수 제작된 버스바 패드를 가지고 있으며, 이는 미세한 인터디지테이트 핑거보다 넓어 기존 장비로 버스 솔더링이 가능합니다.

• 일부 BC 설계는 스트링 공정 중에 통합된 스트링 커넥터를 사용하여 별도의 버스 단계를 생략할 수 있습니다.

최신 트렌드: 슁글드 + BC 하이브리드: 일부 제조업체는 슁글드 BC를 테스트 중이며, BC 셀을 스트립으로 절단하여 겹치므로 별도의 버스 리본이 필요하지 않습니다. 각 겹침 부위의 전도성 접착제가 직렬 연결을 만듭니다. 2025년에는 여전히 틈새 시장이지만 고밀도 레이아웃에 유망합니다.

5단계: 적층(캡슐런트 + 유리 + 백시트/유리 조립)

적층은 기존 모듈과 매우 유사합니다.

유리/백시트 BC 모듈의 경우:

1. 후면 캡슐런트 시트(EVA 또는 POE, 0.45-0.5mm)를 적층 테이블에 놓습니다.

2. BC 스트링/매트릭스를 그 위에 배치합니다.

3. 전면 캡슐런트 시트를 셀 위에 덮습니다.

4. 전면 유리, 최대 투과율을 위한 강화 및 AR 코팅 처리, 상단에 위치

유리/유리 BC 모듈의 경우 점점 더 인기 있음:

1. 전면 유리, 전면 봉지재, 셀 매트릭스, 후면 봉지재, 후면 유리(양면 발전 이득을 위해 투명 또는 불투명)

BC 특화 봉지재 참고 사항:

• POE(폴리올레핀 엘라스토머)는 EVA보다 BC에 강력히 권장됩니다. 수증기 투과율이 낮아 후면 접점을 습기 부식으로부터 보호하고, 전체 전기 아키텍처가 후면에 위치할 때 중요한 PID 저항성이 더 우수하며, 매끄러운 금속화 후면 표면에 대한 접착력이 더 강합니다.

• 봉지재 두께 균일성이 더 중요합니다. 불균일한 흐름은 BC 모듈의 전면(보여지는 면)에 광학적 차이를 만들기 때문입니다. 불균일한 봉지재는 버스바가 없는 전면에서 눈에 띄는 기포나 워터마크 결함을 남길 수 있습니다.

6단계: 라미네이션

스택이 라미네이터로 들어갑니다. 이는 모든 모듈 라인에서 가장 중요한 기계라고 할 수 있습니다.

BC 모듈의 일반적인 라미네이션 프로파일:

총 사이클 시간: 봉지재와 라미네이터에 따라 25-40분.

BC 특화 라미네이션 문제점:

1. 후면 접점에서의 공기 갇힘. 인터디지테이트 핑거 패턴은 라미네이션 중 공기를 가두는 미세 지형을 만듭니다. 최고 제조사는 텍스처링 또는 마이크로 채널 봉지재 필름(때로는 벤팅 봉지재라고 함)을 사용하여 진공 단계에서 공기가 더 쉽게 빠져나가도록 합니다.

2. 전도성 접착제 경화. 스트링에 CA를 사용한 경우, 라미네이션은 모듈을 봉지하고 접착제를 동시에 경화시키는 이중 역할을 합니다. 프로파일은 봉지재를 과도하게 가열하지 않으면서 접착제를 완전 경화(약 150°C에서 10분 이상)시켜야 합니다.

3. 셀 휨 관리. BC 셀, 특히 140마이크론 이하의 얇은 셀은 후면 금속화의 비대칭 응력으로 인해 약간 휠 수 있습니다. 라미네이션은 셀 간 간격을 이동시키지 않고 이러한 휨을 흡수해야 하므로, 겔화 중 봉지재 점도가 신중하게 조정됩니다.

BC 모듈용 라미네이터 장비. 동일한 주요 브랜드가 기존 라인과 BC 라인 모두에 사용되지만, BC에 맞춰진 라미네이터는 향상된 진공(2단계로 <0.5mbar), 더 엄격한 온도 균일성(테이블 전체 약 ±1.5°C), 그리고 프로그래밍 가능한 다이어프램 압력 프로파일(소프트 프레스에서 풀 프레스)을 제공합니다.

7단계: 트리밍, 엣지 클리닝 및 프레이밍

라미네이션 후 모듈은 다음을 거칩니다:

1. 엣지 트리밍: 유리 가장자리 밖으로 흘러나온 봉지재 제거

2. 엣지 그라인딩/시밍: 안전을 위해 응력 지점 제거

3. 프레임 부착: 실리콘 실란트 또는 기계적 크림핑 사용

BC 특화 프레이밍. BC 모듈은 일반적으로 주거용 지붕, BIPV 및 고급 상업용 프리미엄 제품으로 자리 잡고 있으므로 프레임 외관이 더 중요합니다. 블랙 프레임(양극산화 또는 도장)은 올블랙 룩을 유지하기 위해 표준입니다. 일부 BC 모듈은 특히 BIPV의 경우 엣지 실란트만 사용하여 프레임리스로 제작됩니다. 프레임 프로파일은 더 얇거나 깔끔한 코너 조인트를 사용하여 세련된 셀 외관과 일치시킬 수 있습니다.

8단계: 정션박스 설치

정션박스는 후면에 장착되며 버스 리본에 연결됩니다.

BC 모듈의 경우, 소형 프로파일의 낮은 돌출 정션박스가 선호됩니다(외관 및 BIPV 적합성). 일부 제조업체는 외부 박스 대신 모듈에 바이패스 다이오드를 내장한 통합 정션박스 디자인을 사용합니다. 정션박스 리드를 버스 리본 테일에 납땜하거나 크림핑하는 것은 기존 모듈과 동일하지만, 리드는 접촉이 많은 후면 표면에서 멀리 배선하여 단락을 방지해야 합니다.

9단계: 경화 및 냉각

프레임 및 정션박스 후:

• 실리콘 경화: 실온에서 15-30분, 또는 60-80°C의 온풍 터널에서 5-10분으로 더 빠르게 진행

• 열처리: 일부 제조사는 전기 테스트 전에 프레임 모듈을 제어된 냉각 터널에 통과시켜 봉지재를 안정화하고 잔류 응력을 완화합니다.

10단계: 플래시 테스트 및 전계발광(EL) 이미징

포장 전 마지막 품질 관문입니다.

플래시 테스트(I-V 곡선). 태양광 시뮬레이터(보통 IEC 60904-9에 따른 AAA+ 등급)가 보정된 광 펄스(AM1.5G, 1000W/m², 25°C)를 발사하고 전체 I-V 곡선(Pmax, Voc, Isc, FF 및 모듈 면적 효율)을 읽습니다.

BC 모듈은 일반적으로 다음을 달성합니다:

• 주류 182mm 또는 210mm 포맷의 경우 22.5-24.0% 모듈 효율

• M10 셀을 사용하는 표준 72셀 하프컷 모듈의 경우 580-620W

전계발광(EL) 이미징. 순방향 바이어스에서 전류를 주입하고 적외선 카메라로 발광을 캡처합니다. 어두운 점은 미세 균열, 끊어진 핑거 또는 접촉 스트립, 션트, 또는 죽은 셀을 나타냅니다.

BC 특화 EL 참고 사항. BC 모듈의 EL은 접점과 전류 경로가 있는 후면에서 촬영됩니다. 이미지는 전면 셀 EL과 다르며, 인터디지테이트 핑거 패턴이 명확하게 보이고 결함이 다르게 보입니다. 작업자와 AI 기반 EL 시스템은 BC 특화 결함 라이브러리가 필요합니다.

11단계: 육안 검사, 라벨링 및 포장

최종 단계:

• 외관 결함, 전면 유리 스크래치, 프레임 결함, 실런트 넘침에 대한 육안 검사

• 전기 데이터, 인증(IEC 61215, IEC 61730, MCS, UL 등), 일련 번호, 제조일자가 포함된 라벨 부착

• 포장, 일반적으로 팔레트당 30-36개 모듈, 모서리 보호대, 스트랩 및 래핑

BC 모듈은 프리미엄 제품군에 속하므로 품질 기준이 더 높은 경우가 많습니다. 일부 제조사는 샘플링 대신 100% EL 검사를 수행하고, 외관 기준이 더 엄격해지며(활성 영역 내 가시적 결함 불허), 포장에 브랜드 자료나 주거용 설치자 가이드가 추가될 수 있습니다.

3. BC 모듈의 주요 품질 및 신뢰성 고려 사항

4. 2026-2027년 BC 모듈 제조 현황

BC 모듈 시장이 빠르게 확대되고 있습니다:

• LONGi는 BC(HPBC 2.0)를 차세대 주류 기술로 전환하며, 2025년 말까지 50GW 이상의 생산 능력을 목표로 발표했습니다.

• Aiko Solar has ramped ABC to multi-GW scale, with mass-production cell efficiency above 25.5%

• Tongwei, JinkoSolar 및 Risen Energy는 2025-2026년 생산을 위해 TBC(TOPCon-BC 하이브리드) 또는 순수 BC 변형을 개발 중입니다.

• Maxeon은 말레이시아와 멕시코 공장에서 프리미엄 IBC 모듈을 계속 생산하고 있습니다.

• Autowell, SC Solar 및 Leadmicro와 같은 장비 공급업체는 BC 전용 스트링거 및 레이업 시스템을 출시했습니다.

모듈 효율은 현재 상업용 BC 모듈(단일 접합 실리콘)에서 23.0-24.0%에 도달했으며, 표준 폼 팩터에서 600W 이상의 전력 등급을 제공합니다.

BC와 TOPCon 모듈 간의 비용 격차는 약 0.05-0.10위안/Wp(약 $0.02/Wp 미만)로 좁혀졌으며, 많은 분석가들은 장비 가동률 상승과 와트당 은 사용량 감소로 인해 2026-2027년까지 BC가 TOPCon과 비용 동등성에 도달할 것으로 예상합니다.

5. 결론: BC 모듈 제조 - 단순한 셀 변경 그 이상

BC 모듈을 구축하는 것은 단순히 기존 라인에 BC 셀을 투입하는 것이 아닙니다. 상호 연결, 봉지재 선택, 라미네이션 레시피, 검사 프로토콜 및 품질 기준 모두가 후면 접촉 셀의 형상과 가치 제안을 존중하는 목적에 맞는 솔루션이 필요합니다.

장점: 장비, 재료 및 공정 노하우가 빠르게 성숙해지고 있습니다. 5년 전만 해도 프리미엄 주거용 시장에만 공급되던 것이 이제는 GW 규모의 주류 채택 직전에 있습니다.

BC 경로를 고려하는 사람에게 조언은 간단합니다. 먼저 상호 연결 단계를 확실히 하세요. 프로세스 작업의 약 80%가 여기에 있습니다. 스트링을 올바르게 하고 올바른 캡슐런트를 선택하면 나머지 라인은 혁명보다는 진화에 가깝습니다.

후면 접촉 모듈의 시대가 왔습니다.

Ooitech의 견해

BC 라인에 대해 문의하는 고객에게 항상 같은 말을 합니다: 전체 게임은 라인의 나머지 부분이 아닌 스트링거와 캡슐런트에 달려 있습니다. CA 디스펜싱을 반복 가능하게 만들고 좋은 POE를 선택하면 잘 구축된 모듈 라인이 후면 접촉 형상을 문제없이 처리합니다. 한 가지 주목할 점은 Ooitech는 모듈(조립) 라인만 공급하고 셀 생산은 공급하지 않으므로 BC 프로젝트는 당사의 적층, 라미네이션 및 테스트 장비를 구매한 BC 셀과 함께 사용합니다. 실제 공장에서 이 흐름을 보고 싶다면 Ooitech YouTube 채널 www.youtube.com/ooitech 에서 실제 스트링 및 라미네이션 영상을 확인할 수 있습니다.