저조도 성능 대결: 실제 데이터로 본 TOPCon, BC 및 HJT
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소개
정격 출력은 정격 값일 뿐, 저조도 응답이 실제 성능입니다. 전 세계 대부분의 지역에서 일사량은 90% 이상의 시간 동안 1000 W/m² 미만입니다. 태양 정오 전후 2~3시간만이 STC 조건에 근접합니다. 일출, 일몰, 흐린 하늘, 비—셀은 대부분의 작동 시간을 저조도에서 보냅니다. 높은 정격 효율이 높은 실제 출력을 보장하지는 않습니다. 오늘은 저조도 응답을 분석합니다: 물리적으로 누가 우위인지, 현장에서 누가 더 강한지, 그리고 생산 라인에서 셀의 저조도 품질을 판단하는 방법을 알아봅니다.
저조도 응답의 물리학: 누가 더 적게 누설하고 재결합하는가
다이오드 등가 회로에서 저조도 시 효율 저하의 근본 원인은 간단합니다: 광생성 전류는 줄어들지만, 누설과 재결합은 비례적으로 줄어들지 않아 상대적 비중이 커집니다.
가장 중요한 요소: 션트 저항 Rsh
저조도에서는 광생성 전류가 급격히 감소하지만, 누설 전류는 거의 일정합니다(전압과 Rsh에 의존). 누설 전류의 비중이 커지면 Voc가 낮아지고, 이는 FF를 끌어내려 효율을 낮춥니다.
Rsh가 높을수록(누설이 적을수록) 저조도 응답이 좋습니다. 이것이 핵심 물리적 요소입니다.
| 셀 유형 | Rsh 특성 | 저조도 성능 |
|---|---|---|
| HJT | i-a-Si:H 패시베이션 층, 우수한 절연성, 극도로 낮은 계면 재결합 | 최고 |
| TOPCon | 양극과 음극이 전면과 후면에 분리, 에지 절연 영역이 적어 누설 경로 제어 가능 | 좋음 |
| BC | 후면 인터디지테이티드 구조, 많은 P⁺/N⁺ 절연 트렌치, 에지 누설 위험 증가 | 약함 |
보조 요소: 이상계수 n
이상계수는 재결합 메커니즘을 반영합니다: n=1은 이상적인 확산 전류, n=2는 공핍 영역 재결합이 지배적일 때입니다. n이 클수록 저조도에서 재결합 손실이 큽니다. TOPCon의 패시베이션 접촉 구조는 n≈1.1-1.2, BC의 후면 인터디지테이티드 PN 접합은 더 많은 계면 재결합 채널을 가지며 n≈1.2-1.4, HJT의 비정질 실리콘 패시베이션은 n≈1.0-1.1로 우수합니다.
직렬 저항 Rs는 여기서 덜 중요합니다. Rs 양단의 전력 손실은 I²R입니다; 저조도에서는 전류가 작아 상대적 영향이 약해집니다.
BC가 저조도에서 더 약한 이유: 구조적 원인
BC는 양극과 음극을 모두 후면에 배치하므로 P⁺와 N⁺ 영역 사이에 전기적 분리를 위해 많은 절연 트렌치가 필요합니다. 이러한 트렌치는 두 가지 문제를 가져옵니다:
가장자리 누설 위험: 트렌치 에칭은 실리콘 기판을 손상시키고 누설 경로를 형성할 수 있습니다. 단일 BC 후면에는 수백 개의 절연 트렌치가 있으며, 각각이 잠재적 누설 경로입니다.
계면 재결합: 후면 인터디지테이티드 구조의 P⁺/N⁺ 계면 면적이 커져 재결합 중심이 추가되고 이상계수 n이 높아집니다.
이것은 '누가 잘못했는가'의 문제가 아니라 구조적 도전입니다. 공정 최적화(트렌치 형태 제어, 패시베이션 층 개선)가 도움이 될 수 있지만, 구조적으로 BC는 이 점에서 자연적 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, 그리고 가장 작은 이상계수를 제공합니다.
현장 증거: 저조도에서 TOPCon이 BC보다 와트당 출력이 높음
여러 시험 기관의 현장 데이터는 일관된 방향을 가리킵니다:
| 시험 기관 | 위치 | 시나리오 | TOPCon vs BC 저조도 이득 |
|---|---|---|---|
| CPVT | 닝샤 인촨 | 아침/저녁 저조도 시간대 | 흐림 +3.89%, 맑음 +2.33% |
| CPVT | 닝샤 인촨 | 극저조도 (0-100 W/m²) | +4.38% |
| TÜV Nord | 일본 가고시마 | <400 W/m² | +10.79% |
| TÜV Rheinland | 청두 | 90% 흐림/비 오는 날 | +2.37%, 아침/저녁 피크 +7.18% |
| CGC | 하이난 | 127일 (비 오는 날 76일 포함) | +7.83% |
| State Grid | 장베이 | 200 W/m² | +2.6% |
저조도 조건에서 TOPCon의 와트당 출력은 BC를 초과하며, 일사량이 낮을수록 그 격차는 더 커집니다.
하지만 동일한 기술 경로 내에서도 편차가 큽니다. Carbon Search Evaluation Lab의 다중 공급업체 비교 테스트에 따르면 BC 제품은 2.78% ~ 6.57% 의 손실을 200 W/m² 저조도에서 보이는 반면, TOPCon은 2.14% ~ 4.72%. 세 가지 기술의 "최고 제품" 간 격차는 동일 경로 내 "우수 제품 vs. 저조 제품" 간 격차보다 작습니다.
생산 관점에서의 시사점: 선정 시 제조업체의 공정 수준은 기술 경로 선택만큼 중요합니다.
온도 계수와 저조도 응답을 혼동하지 마세요
온도 계수와 저조도 응답은 서로 독립적인 두 매개변수이지만 쉽게 혼동됩니다.
| 매개변수 | 관련 시나리오 | HJT | TOPCon | BC |
|---|---|---|---|---|
| 온도 계수 | 고온 시나리오 (모듈 >50°C) | -0.24%/℃ | -0.29%/℃ | -0.26%/℃ |
| 저조도 응답 | 저일사 시나리오 (<400 W/m²) | 최고 | 좋음 | 약함 |
덥고 흐린 여름날에는 고온과 저조도가 겹치며, HJT가 두 측면 모두에서 우위를 보여 그 이점이 더 커집니다. 춥고 흐린 겨울날에는 저온이 온도 계수의 영향을 줄이고 저조도 응답이 주도합니다. 온도 계수로 저조도 성능을 설명하지 말고, 저조도 성능으로 온도 계수를 추론하지 마세요—이들은 서로 다른 두 물리량입니다.
저조도 최적화와 UVID 내성은 물리적으로 상호 배타적이지 않습니다. 저조도는 전기적 손실 메커니즘(Rsh, n)에 의존하는 반면, UVID는 재료 안정성(패시베이션 층의 화학 결합, 캡슐화 필름)에 의존합니다. 두 가지는 독립적인 최적화를 통해 각각 개선할 수 있습니다.
생산 라인에서 셀의 저조도 품질을 판단하는 방법
가장 직접적인 지표: 션트 저항 Rsh.
I-V 테스트에서 셀의 Rsh가 높을수록 저조도에서 좋은 성능을 보일 가능성이 높습니다. 배치에서 Rsh 분포가 넓고 낮은 Rsh 셀의 비율이 높으면 저조도 출력은 확실히 저하됩니다.
BC 라인에 대한 특별 참고 사항EL 이미지에서 격리 트렌치 영역에 비정상적인 밝은 점이 나타나는 셀은 Rsh가 낮을 가능성이 높습니다. 이는 앞서 언급한 '트렌치 가장자리 누설'에 해당하며, 구조적으로 자연스럽게 발생하기 쉬운 문제입니다.
TOPCon 라인Rsh가 1000 Ω·cm² 이상이면 일반적으로 정상이며, 500 미만이면 가장자리 절연 또는 패시베이션 층의 핀홀을 조사해야 합니다. 저조도 특성이 우수한 셀은 일반적으로 Rsh가 3000 이상입니다.
HJT 라인Rsh는 자연적으로 높으며 5000 이상이 일반적입니다. 그러나 HJT 셀에서 낮은 Rsh는 일반적으로 TCO와 a-Si:H 계면에서 문제가 발생했음을 의미합니다.
요약
저조도 응답의 물리적 장부: HJT가 가장 우수하고, TOPCon이 좋으며, BC는 구조적 과제에 직면해 있습니다. 현장 장부: 저조도에서 TOPCon의 와트당 출력은 실제로 BC를 초과하며, 일사량이 낮을수록 격차가 더 커집니다. 그러나 기술 경로만으로 판단하지 마십시오—동일한 경로 내에서 우수한 제품과 불량 제품 간의 격차가 경로 간 격차보다 더 큽니다.
데이터 출처CPVT 은천 현장 테스트(2025), TÜV Nord 가고시마 현장 테스트, TÜV Rheinland 청두 현장 테스트, CGC 하이난 현장 테스트, State Grid 장베이 현장 테스트, Carbon Search 평가 연구소 다중 공급업체 비교 테스트(2025).
Ooitech의 견해실제 저조도 출력, 명판 효율이 아닌, 태양전지의 진정한 척도이며, 션트 저항이 이를 결정하는 가장 중요한 단일 요소입니다.
