저조도 성능 대결: TOPCon, BC, HJT 실제 데이터 기반 비교
소개
명판 출력은 정격 값이고, 저조도 응답은 실제 성능입니다. 전 세계 대부분의 지역에서 일사량은 90% 이상의 시간 동안 1000 W/m² 미만으로 유지됩니다. 태양 정오 전후 2~3시간만 STC 조건에 가깝습니다. 일출, 일몰, 흐린 하늘, 비—셀은 대부분의 작업 수명을 저조도에서 보냅니다. 높은 정격 효율이 높은 실제 출력을 보장하지는 않습니다. 오늘은 저조도 응답을 분석합니다: 물리학에서 누가 승리하는지, 현장에서 누가 더 강력한지, 생산 라인에서 셀의 저조도 품질을 판단하는 방법을 알아봅니다.
저조도 응답의 물리학: 누가 더 적게 누설하고 재결합하는가
다이오드 등가 회로에서 저조도 하에서 효율 저하의 근본 원인은 간단합니다: 광생성 전류는 줄어들지만, 누설 및 재결합은 비례적으로 줄어들지 않아 상대적 비중이 증가합니다.
가장 중요한 요소: 션트 저항 Rsh
저조도 하에서 광생성 전류는 급격히 감소하지만, 누설 전류는 거의 일정하게 유지됩니다(전압과 Rsh에 의존). 누설 전류의 비중이 커지면 Voc가 낮아지고, 이는 FF를 낮추며 효율을 떨어뜨립니다.
Rsh가 높을수록(누설이 작을수록) 저조도 응답이 좋아집니다. 이것이 핵심 물리적 요소입니다.
| 셀 유형 | Rsh 특성 | 저조도 성능 |
|---|---|---|
| HJT | i-a-Si:H 패시베이션 층, 우수한 절연성, 매우 낮은 계면 재결합 | 최고 |
| TOPCon | 양극과 음극이 앞뒤로 분리, 에지 분리 영역이 적어 누설 경로 제어 가능 | 좋음 |
| BC | 후면 인터디지테이트 구조, 많은 P⁺/N⁺ 분리 트렌치, 에지 누설 위험 증가 | 약함 |
2차 요인: 이상계수 n
이상계수는 재결합 메커니즘을 반영합니다: n=1은 이상적인 확산 전류, n=2는 공핍영역 재결합이 지배적일 때입니다. n이 클수록 저조도에서 재결합 손실이 큽니다. TOPCon의 패시베이션 접촉 구조는 n≈1.1-1.2, BC의 후면 인터디지테이트 PN 접합은 더 많은 계면 재결합 채널로 n≈1.2-1.4, HJT의 비정질 실리콘 패시베이션은 n≈1.0-1.1로 우수합니다.
직렬 저항 Rs는 여기서 덜 중요합니다. Rs에 의한 전력 손실은 I²R입니다. 저조도에서는 전류가 작아 상대적 영향이 약해집니다.
BC가 저조도에서 약한 이유: 구조적 원인
BC는 양극과 음극을 모두 후면에 배치하므로 P⁺와 N⁺ 영역 사이에 전기적 분리를 위한 많은 분리 트렌치가 필요합니다. 이러한 트렌치는 두 가지 문제를 야기합니다:
에지 누설 위험: 트렌치 에칭이 실리콘 기판을 손상시켜 누설 경로를 형성할 수 있습니다. 단일 BC 후면에는 수백 개의 분리 트렌치가 있으며, 각각이 잠재적 누설 경로입니다.
계면 재결합: 후면 인터디지테이트 구조의 P⁺/N⁺ 계면 면적이 커져 재결합 중심이 추가되고 이상계수 n이 높아집니다.
이는 '누가 잘못했는가'의 문제가 아니라 구조적 본질의 도전입니다. 공정 최적화(트렌치 형상 제어, 패시베이션 층 개선)가 도움이 될 수 있지만, 구조적으로 BC는 이 점에서 자연스러운 불리함을 가집니다.
HJT가 저조도에서 가장 우수한 이유는 반대입니다: 진성 비정질 실리콘 i-a-Si:H 패시베이션 층이 뛰어난 표면 패시베이션, 낮은 계면 상태 밀도, 가장 높은 Rsh, 가장 작은 이상계수를 제공합니다.
현장 증거: 저조도에서 TOPCon이 BC보다 와트당 출력 우수
여러 시험 기관의 현장 데이터는 일관된 방향을 가리킵니다:
| 시험 기관 | 위치 | 시나리오 | TOPCon 대 BC 저조도 이득 |
|---|---|---|---|
| CPVT | 닝샤성 인촨시 | 아침/저녁 저조도 시간대 | 흐림 +3.89%, 맑음 +2.33% |
| CPVT | 닝샤성 인촨시 | 극저조도 (0-100 W/m²) | +4.38% |
| TÜV Nord | 가고시마, 일본 | <400 W/m² | +10.79% |
| TÜV Rheinland | 청두 | 90% 흐림/비 오는 날 | +2.37%, 아침/저녁 피크 +7.18% |
| CGC | 하이난 | 127일 중 76일 비 오는 날 포함 | +7.83% |
| State Grid | 장베이 | 200 W/m² | +2.6% |
저조도 조건에서 TOPCon의 와트당 출력은 BC를 초과하며, 조도가 낮을수록 격차가 더 벌어집니다.
그러나 동일한 기술 경로 내에서도 변동이 큽니다. Carbon Search 평가 연구소의 다중 공급업체 비교 테스트에 따르면 BC 제품은 2.78% ~ 6.57% 200 W/m² 저조도에서 손실되는 반면, TOPCon은 2.14% ~ 4.72%. 세 가지 기술의 "최고 제품" 간 격차는 동일 경로 내 "좋은 제품 대 나쁜 제품" 간 격차보다 작습니다.
생산 시사점: 선택 시 제조업체의 공정 수준은 기술 경로 선택만큼 중요합니다.
온도 계수와 저조도 응답을 혼동하지 마십시오
온도 계수와 저조도 응답은 두 개의 독립적인 매개변수이지만 쉽게 혼동됩니다.
| 파라미터 | 관련 시나리오 | HJT | TOPCon | BC |
|---|---|---|---|---|
| 온도 계수 | 고온 시나리오 (모듈 >50°C) | -0.24%/℃ | -0.29%/℃ | -0.26%/℃ |
| 저조도 응답 | 저조도 시나리오 (<400 W/m²) | 최고 | 좋음 | 약함 |
덥고 흐린 여름날에는 고온과 저조도가 함께 작용하여 HJT가 두 측면에서 모두 우위를 점하며 이점이 더 커집니다. 춥고 흐린 겨울날에는 저온이 온도 계수의 영향을 줄이고 저조도 응답이 주도합니다. 온도 계수를 사용하여 저조도 성능을 설명하지 말고, 저조도 성능에서 온도 계수를 추론하지 마십시오. 이들은 두 개의 별개 물리량입니다.
저조도 최적화와 UVID 내성은 본질적으로 물리적으로 상호 배타적이지 않습니다. 저조도는 전기적 손실 메커니즘(Rsh, n)에 의존하는 반면, UVID는 재료 안정성(패시베이션 층의 화학 결합, 봉지 필름)에 의존합니다. 두 가지는 독립적인 최적화를 통해 개별적으로 개선될 수 있습니다.
생산 라인에서 셀의 저조도 품질을 판단하는 방법
가장 직접적인 지표: 션트 저항 Rsh.
I-V 테스트에서 셀의 Rsh가 높을수록 저조도에서 성능이 좋을 가능성이 높습니다. 배치에서 Rsh 분포가 넓고 낮은 Rsh 셀의 비율이 높으면 저조도 출력이 확실히 저하됩니다.
BC 라인에 대한 특별 참고 사항: EL 이미지에서 격리 트렌치 영역에 비정상적인 밝은 반점이 나타나는 셀은 Rsh가 낮을 가능성이 높습니다. 이는 앞서 언급한 '트렌치 가장자리 누설'에 해당하며, 이 구조가 자연스럽게 가지기 쉬운 문제입니다.
TOPCon 라인: Rsh가 1000 Ω·cm² 이상이면 일반적으로 정상이며, 500 미만이면 가장자리 격리 또는 패시베이션 층의 핀홀을 조사해야 합니다. 저조도 특성이 우수한 셀은 일반적으로 Rsh가 3000 이상입니다.
HJT 라인: Rsh는 자연스럽게 높으며, 5000 이상이 일반적입니다. 그러나 HJT 셀에서 낮은 Rsh는 일반적으로 TCO와 a-Si:H 계면에 문제가 발생했음을 의미합니다.
요약
저조도 응답의 물리적 원장: HJT가 가장 우수하고, TOPCon이 좋으며, BC는 구조적 과제에 직면해 있습니다. 현장 원장: 저조도에서 TOPCon의 와트당 출력은 실제로 BC를 초과하며, 일사량이 낮을수록 격차가 더 커집니다. 그러나 기술 경로만으로 판단하지 마십시오. 동일 경로 내에서 우수 제품과 불량 제품 간의 격차가 경로 간 격차보다 더 큽니다.
데이터 출처: CPVT 인촨 현장 테스트(2025), TÜV Nord 가고시마 현장 테스트, TÜV 라인란드 청두 현장 테스트, CGC 하이난 현장 테스트, 국가전망 장베이 현장 테스트, Carbon Search Evaluation Lab 다중 공급업체 비교 테스트(2025).
Ooitech의 견해: 실제 저조도 출력(명판 효율이 아닌)이 태양전지의 진정한 척도이며, 션트 저항이 이를 결정하는 가장 중요한 단일 요소입니다.
