PERC vs TOPCon vs HJT vs BC: 태양전지 가격과 효율이 왜 이렇게 다른가

이번 호의 핵심 질문

P형에서 N형으로, PERC에서 TOPCon, HJT, BC까지, 이 문자들은 실제로 무엇을 의미할까요? 그들이 해결하는 문제는 무엇이며, 공급망 전문가들이 선택할 때 무엇을 살펴봐야 할까요?

공급업체 A: "저희 TOPCon 모듈은 효율 22.5%로 PERC보다 1%포인트 높습니다." 공급업체 B: "저희 HJT 모듈은 온도 계수가 더 우수하여 더운 조건에서 더 많은 전력을 생산합니다." 공급업체 C: "저희 BC 모듈은 전면에 그리드 라인이 없어 더 깔끔해 보이며 분산형 프로젝트에 적합합니다."

그렇다면 어떻게 비교해야 할까요? 가격과 정격 효율만 본다면 정말 중요한 것들을 놓치게 됩니다:

• 기술 경로마다 양산 수율이 달라 공급 안정성에 영향을 미칩니다.

• 은 페이스트 소비량이 다르며(HJT가 더 높음), 이는 비용 추세와 공급 리스크에 영향을 미칩니다.

• 열화 메커니즘이 다르며(P형은 LID, N형은 LeTID), 이는 보증 청구에 영향을 미칩니다.

• 공정 온도가 다르며(HJT는 저온 공정), 이는 장비, 투자 장벽 및 전체 공급업체 환경에 영향을 미칩니다.

이번 호는 기술 경로를 비교하기 위한 완전한 프레임워크를 구축하는 데 도움을 줍니다.

한 문장으로 이해하기

PERC는 P형 기술의 정점(후면 패시베이션), TOPCon은 N형 양산의 주류 경로(접촉 패시베이션), HJT는 고성능 저온 공정(이종접합 계면 패시베이션), BC는 전극을 후면으로 옮긴 미적 솔루션입니다. 이들은 효율 손실을 줄이는 동일한 문제를 다른 각도에서 해결합니다.

쉬운 비유

태양전지 효율 손실은 매 층에서 물이 새는 5층짜리 집과 같습니다:

• 1층 누수(흡수 손실): 빛이 흡수되지 않고 그대로 통과합니다.

• 2층 누수(열화 손실): 고에너지 광자의 잉여 에너지가 열로 변환됩니다.

• 3층 누수(재결합 손실): 전자와 정공이 분리되기 전에 재결합합니다.

• 4층 누수(저항 손실): 전류가 셀과 전극에서 저항을 만나 열로 변환됩니다.

• 5층 누수(차광 손실): 전면 전극이 태양광의 일부를 차단합니다.

PERC는 주로 3층(후면 재결합)을 수리합니다. TOPCon은 주로 3층의 접촉 부분(접촉 재결합)을 수리합니다. HJT는 3층(계면 패시베이션)을 거의 완전히 개조합니다. BC는 주로 5층(전극을 후면으로 이동하여 차광 제거)을 수리합니다.

공급망 참고: 각 경로는 서로 다른 층을 수리하지만, 각 층을 수리하는 비용과 난이도는 다릅니다. 선택하는 것은 단순한 효율 수치가 아니라 "어디에 투자하고, 얼마나 많은 손실을 절약할 수 있으며, 어떤 대가를 지불하는지"의 균형입니다.

전문 원칙

P형 vs N형: 기판의 선택

추세: N형이 주류로 P형을 대체하고 있습니다. N형 웨이퍼의 소수 캐리어 수명이 더 높고(전자가 더 오래 "살아남음"), 더 발전된 패시베이션과 결합하여 더 높은 효율에 도달할 수 있기 때문입니다.

PERC: 후면에 보호막 추가

PERC는 Passivated Emitter and Rear Cell의 약자입니다. 기존 P형 셀의 후면에 다음을 추가합니다:

• 후면 재결합을 줄이기 위한 Al2O3(알루미늄 산화물) 패시베이션 층.

• 후면 반사를 증가시키는 SiNx(질화규소) 보호 층으로, 흡수되지 않은 광자를 다시 반사하여 두 번째 흡수 기회를 제공합니다.

해결되는 주요 손실: 후면 재결합 및 후면 전송 손실.

공급망 특징: 가장 성숙한 기술, 가장 완벽한 공급망, 가장 낮은 비용, 그러나 효율 상한은 약 23.5%입니다. 설치 기반이 가장 크며 예비 부품 및 교체가 가장 쉽습니다.

TOPCon: 정밀 접촉 게이트

TOPCon은 터널 산화물 패시베이션 접촉(Tunnel Oxide Passivated Contact)의 약자입니다. 핵심 구조: N형 웨이퍼 뒷면에 매우 얇은 산화물 층(SiO2, 약 1-2nm)을 만들고, 그 위에 도핑된 폴리실리콘 층을 덮습니다.

• 산화물 층은 게이트 역할을 하여 소수 캐리어(정공)의 재결합을 차단하면서 다수 캐리어(전자)가 터널링(이것이 "터널링")할 수 있게 합니다.

• 도핑된 폴리실리콘 층은 우수한 전기적 접촉을 제공하고 접촉 저항을 낮춥니다.

해결되는 주요 손실: 금속 접촉 영역에서의 재결합 및 접촉 저항.

공급망 특징: PERC 라인과 높은 호환성(업그레이드 가능) 및 현재 주요 N형 대량 생산 경로입니다. 은 페이스트 소비, 산화물 층 공정 수율 및 열화 데이터를 주의하십시오.

HJT: 웨이퍼를 샌드위치하는 두 보호 층

HJT는 이종접합 기술(Heterojunction Technology)의 약자입니다. 구조: N형 결정질 웨이퍼 양면에 진성 비정질 실리콘 층(i-a-Si:H)을 패시베이션으로 증착한 후, 도핑된 비정질 실리콘 층으로 덮고 마지막으로 투명 전도성 산화물(TCO)을 덮습니다.

• "헤테로"는 결정질 실리콘과 비정질 실리콘이 서로 다른 두 반도체 재료임을 의미합니다.

• 두 개의 i-a-Si:H 층은 우수한 표면 패시베이션을 제공합니다.

• 전체 공정은 저온(<200°C, PERC/TOPCon은 800°C 이상 필요)에서 완료됩니다.

해결되는 주요 손실: 표면 재결합 및 온도 손실(낮은 온도 계수, 열 환경에서 더 나은 성능).

공급망 특징: 높은 효율과 우수한 온도 특성, 그러나 큰 장비 투자, 높은 은 페이스트 소비 및 타겟(ITO for TCO) 필요. 저온 공정은 기존 고온 라인과 호환되지 않으며 새로운 생산 능력이 필요합니다.

BC / IBC: 전극을 후면으로 이동

BC는 Back Contact의 약자이며, IBC는 Interdigitated Back Contact의 약자입니다. 기존 셀의 전면에는 금속 그리드라인(전극)이 있어 햇빛의 약 5%~7%를 차단합니다. BC 기술은 모든 양극 및 음극 전극을 후면에 배치하여 전면을 완전히 차폐하지 않습니다.

작동 원리: P+ 및 N+ 영역이 후면에 교대로 배열되어 국부 PN 접합을 형성하고, 양극 및 음극 전극이 서로 맞물려 있습니다.

해결되는 주요 손실: 전면 전극 차폐.

공급망 특징: 깨끗한 전면(그리드라인 없음)과 높은 효율, 그러나 복잡한 공정, 큰 수율 문제 및 많은 특허 장벽이 있습니다. 고급 분산형 시장에 적합합니다.

효율 손실 맵 개요

일러스트레이션 가이드

그림 1: P형 vs N형 비교

왼쪽 열(파란색 톤): P형 웨이퍼, 붕소 도핑, 다수 캐리어는 정공, LID 열화가 더 두드러짐, 대표 기술 PERC. 오른쪽 열(녹색 톤): N형 웨이퍼, 인 도핑, 다수 캐리어는 전자, 소수 캐리어 수명이 더 높음, 대표 기술 TOPCon/HJT/BC. P형과 N형의 근본적인 차이는 도핑 원소와 다수 캐리어 유형에 있으며, N형은 더 긴 캐리어 수명과 고급 패시베이션을 결합하여 더 높은 효율에 도달할 수 있습니다.

그림 2: PERC / TOPCon / HJT / BC 단면 비교

네 개의 열, 각각 하나의 셀의 수직 단면을 보여주며, PN 접합 위치는 빨간 점선 원으로 표시됩니다. PERC와 TOPCon은 PN 접합이 전면에 있고, HJT는 양면에 이종접합이 있으며, BC는 PN 접합이 전적으로 후면에 있습니다. 공급망 관점: 레이어가 많을수록 공정 단계가 많아져 수율 문제가 커집니다. HJT는 레이어가 가장 적지만 저온 박막을 사용하고, TOPCon은 기존 라인에 가장 가까운 적절한 레이어 수를 가지며, BC는 가장 복잡한 후면 구조를 가지고 있습니다.

그림 3: 태양광 효율 손실 맵

기술 경로의 경쟁은 주로 두 번째와 세 번째 링의 손실을 개선하는 것입니다. 어떤 단일 기술도 모든 손실을 한 번에 완벽하게 해결할 수 없습니다. 공급망 관점: 두 기술 간의 효율 격차를 비교할 때, 그 차이가 어느 손실 레이어에서 발생하는지 명확히 물어보십시오. 이는 그 격차가 실제인지 아니면 실험실 결과에 불과한지, 그리고 고온이나 약광과 같은 다양한 조건에서도 유지되는지 여부를 결정하기 때문입니다.

이번 호 핵심 용어

일반적인 오해

오해 1: TOPCon은 단지 업그레이드된 PERC일 뿐이다. 올바른 이해: TOPCon은 N형 웨이퍼를 사용하며(PERC는 P형), 패시베이션 접촉 설계 개념이 PERC와 완전히 다릅니다. 일부 PERC 라인을 TOPCon으로 업그레이드할 수 있지만, 이는 두 세대의 기술입니다.

오해 2: HJT가 이미 TOPCon을 완전히 대체할 수 있다. 올바른 이해: HJT는 고효율과 낮은 공정 온도를 가지지만, 대규모 장비 투자, 높은 은 페이스트 소비량(TOPCon의 약 2배) 및 타겟 소재가 필요합니다. 각각 적합한 시나리오와 고객 그룹이 있습니다.

오해 3: 가장 높은 효율의 기술이 반드시 최고다. 올바른 이해: 총비용을 봐야 합니다. 양산 수율, 재료비(특히 은과 타겟), 열화, 온도 계수, 저조도 응답 및 공급 안정성을 포함합니다. 정격 효율은 기술 평가의 한 차원일 뿐입니다.

오해 4: BC 모듈에는 전면 그리드 라인이 없으므로 효율이 가장 높을 것이라는 오해. 올바른 이해: BC는 전극을 후면으로 이동시켜 전면 차광 손실을 제거하지만, 후면 공정은 더 복잡하고 후면 저항 경로는 더 깁니다. BC의 효율 이점은 특정 조건에서 분명하지만 모든 시나리오에서 최적은 아닙니다.

공급망 중점 사항

기술 경로를 선택하는 것은 향후 5~10년간의 공급 안정성을 선택하는 것과 같습니다.

• 생산 능력 및 공급: PERC는 생산 능력이 가장 크지만 TOPCon으로 대체되고 있습니다. 공급업체를 평가할 때 N형 생산 능력 비중과 증설 진행 상황을 확인하십시오.

• 은 페이스트 의존도: 은은 웨이퍼 다음으로 셀에서 두 번째로 큰 비용 항목입니다. HJT의 은 사용량은 업계가 주시하는 비용 병목 현상입니다(저온 은 페이스트는 더 비쌉니다).

• 열화 및 보증: N형 모듈은 일반적으로 P형보다 열화가 적지만 LeTID 성능은 제조업체마다 다릅니다. 보증 협상 시 구체적인 열화 곡선을 확보하십시오.

• 예비 부품 매칭: 교체 모듈은 원래 기술 경로 및 배치 매개변수와 일치해야 합니다. PN 접합 설계가 다른 모듈을 직렬로 연결하면 불일치 손실이 발생합니다.

• 특허 위험: BC 기술 특허는 소수 기업에 집중되어 있어 국산화 대체 및 공급망 예비 부품 시장이 제한적일 수 있습니다.

공급망 참고 사항: 모듈 기술 경로 선택은 오늘날의 효율과 가격만의 문제가 아니라 향후 25년간의 공급 안정성과 예비 부품 가용성에 대한 예측입니다. TOPCon은 현재 '확실성이 높은 선택', HJT는 '미래 잠재력이 높은 선택', BC는 '특정 시나리오에서 가치가 높은 선택'입니다.

한 문장으로 요약

PERC는 후면을 수리하고, TOPCon은 접촉을 수리하고, HJT는 계면을 수리하고, BC는 차광을 수리합니다. 이 네 가지 기술 간 경쟁의 근본 논리는 효율 손실 지도의 서로 다른 지점을 패치하는 것이며, 조달 결정은 성숙도, 비용, 효율 및 공급 안전 간의 다중 목표 균형입니다.

Ooitech의 견해

Ooitech는 PERC, TOPCon, HJT 및 BC가 단일 효율 수치를 위한 경쟁이 아니라 효율 손실 지도의 네 가지 서로 다른 패치라고 생각합니다. 현명한 선택은 성숙도, 비용, 효율 및 장기 공급 안전의 균형을 맞추는 것입니다.