태양광 웨이퍼 크기의 진화 역사

제품 소개

태양광 웨이퍼의 발전을 따라가 보셨다면, 태양광 웨이퍼의 모서리 길이가 100mm에서 125mm, 156mm를 거쳐 오늘날의 210mm까지 성장했다는 것을 아실 것입니다.

태양광 산업이 성숙해짐에 따라 웨이퍼 크기가 계속 커지고 있음을 분명히 알 수 있습니다. 그렇다면 더 큰 웨이퍼 크기가 태양광 산업 사슬 전체에 어떤 영향을 미칠까요? 그리고 이러한 크기 변화는 실제로 무엇에 기반한 것일까요?

태양광 산업 사슬에 미치는 영향

1) 웨이퍼 제조업체

더 큰 웨이퍼 크기는 웨이퍼 업체가 실리콘 재료, 단결정 성장, 슬라이싱의 세 가지 주요 비용을 절감하는 데 도움이 됩니다.

웨이퍼 제조의 핵심 장비(단결정로, 슬라이싱 머신 등)는 일반적으로 '시간당 배치' 또는 '기계 교대당 슬라이스 수'로 측정됩니다. 크기가 클수록 단일로 또는 단일 기계가 실행당 더 많은 웨이퍼를 생산합니다. 예를 들어, 210mm 웨이퍼의 면적은 156mm 웨이퍼의 약 1.82배이므로 슬라이싱 수율이 동일하다면 단일 슬라이싱 머신의 시간당 출력은 80% 이상 증가할 수 있습니다.

장비 감가상각, 에너지 소비, 인건비와 같은 고정 비용이 더 큰 웨이퍼 면적에 분산되므로 웨이퍼당 비실리콘 비용(전기, 재료 등)이 눈에 띄게 감소합니다. 업계 데이터에 따르면 156mm에서 210mm로 업그레이드하면 웨이퍼 단계의 비실리콘 비용을 약 20%~30% 낮출 수 있습니다.

2) 셀 제조업체

더 큰 웨이퍼는 셀의 '가장자리 손실'을 줄입니다. 웨이퍼 면적이 클수록 무효 가장자리 영역의 비율이 낮아지기 때문입니다.

셀 생산의 '라인 속도'는 기본적으로 고정되어 있으므로(PECVD 및 스크린 인쇄의 사이클 시간 등) 크기가 클수록 단일 생산 라인의 셀 출력이 비례적으로 증가하고 셀당 은 페이스트, 타겟 및 기타 재료의 소모 비용이 낮아집니다. 예를 들어, 210mm 셀의 은 페이스트 소비량은 182mm 셀의 약 1.3배이지만 면적은 1.82배 더 크므로 와트당 은 페이스트 비용은 실제로 약 28% 감소합니다.

3) 모듈 제조사

더 큰 웨이퍼로 만든 셀은 모듈 크기를 키워 모듈 제조사가 포장 비용을 줄이고 더 높은 전력 밀도를 달성할 수 있게 합니다.

모듈 포장의 핵심 비용은 유리, 봉지재 필름, 프레임, 정션박스 등의 보조 재료와 스트링 및 라미네이션 공정의 인건비 및 장비 비용입니다. 크기가 커지면 와트당 사용되는 보조 재료가 줄어들고 와트당 인건비도 절감됩니다.

4) 발전소 투자자

더 큰 모듈은 더 높은 전력 밀도를 제공할 수 있어(예: 210R 셀 모듈은 600W+에 도달했고, 210 셀로 만든 700W+ 모듈은 이미 양산 중), 발전소에 필요한 모듈 수, 마운팅 구조물 양, 케이블 길이를 줄여 발전소 투자자의 비용을 간접적으로 낮춥니다.

웨이퍼 크기의 지속적인 성장은 본질적으로 웨이퍼 제조사, 셀 테스트, 모듈 제조사, 발전소 투자자 등 많은 당사자들의 '비용 절감 및 효율 향상'을 위한 협력적 업그레이드입니다. 생산 단위 크기를 확대하고 단위 비용을 낮춤으로써 그 이익이 체인을 따라 하류 플레이어에게 전달됩니다.

기술 매개변수

기술적 장점

• 더 큰 웨이퍼는 제조 단계에서 실리콘 재료, 결정 성장, 슬라이싱 비용을 절감합니다

• 156mm에서 210mm로 전환 시 단일 슬라이싱 머신의 시간당 생산량이 80% 이상 증가할 수 있습니다

• 156mm에서 210mm로 업그레이드 시 웨이퍼 단계의 비실리콘 비용이 약 20%-30% 절감될 수 있습니다

• 엣지 손실 감소 및 와트당 은 페이스트 비용 절감 (210mm 셀의 경우 약 28% 절감)

• 더 높은 전력 밀도의 모듈은 필요한 모듈 수, 장착 구조물, 케이블 길이를 줄입니다

제품 응용

PV 웨이퍼 개발의 역사

광전지 웨이퍼는 원래 반도체 단결정 재료에서 유래했기 때문에, PV 산업은 오랫동안 반도체 웨이퍼 크기인 6인치와 8인치(직경)를 따라왔으며, 이는 가장자리 길이 기준으로 소위 5인치 웨이퍼(125mm)와 6인치 웨이퍼(156mm)에 해당합니다.

PV 산업이 성장하고 웨이퍼와 셀에 대한 수요가 증가함에 따라, 국내 결정 성장, 슬라이싱, 셀 생산 장비의 발전과 함께 5인치 웨이퍼(125mm)는 점차 PV 체인에서 퇴출되었습니다. 2012년 이후, 한두 개의 특수 셀 제조업체를 제외하고 125mm 웨이퍼는 기본적으로 시장에서 단계적으로 폐지되었습니다.

156mm(8인치 결정 성장) 웨이퍼가 주류 크기가 되었습니다. 그 후, 업계는 8인치 결정 성장 플랫폼에서 소폭 증가를 실험하기 시작했습니다. 2013년 말, Zhonghuan과 Longi를 포함한 5개 회사가 공동으로 M1(156.75-φ205mm) 및 M2(156.75-φ210mm) 웨이퍼 표준을 발표했습니다. 모듈 크기를 변경하지 않고 M2는 웨이퍼 면적(2.2%)을 높이고 모듈 전력을 5W 이상 향상시켜 빠르게 업계 주류가 되었으며 수년간 안정적으로 유지되었습니다.

이후 몇 년 동안 주요 웨이퍼 제조업체는 M1과 M2를 기반으로 기술 업그레이드를 사용하여 웨이퍼 가장자리 길이를 158.75, 161.7, 166mm 등으로 계속 높였습니다. 158.75mm 웨이퍼의 장점은 기존의 모든 내부 용량을 저비용으로 기술 개조를 통해 업그레이드할 수 있다는 것입니다. 매우 오래된 셀 공장의 경우에도 1GW 개조 비용은 허용 가능한 범위 내에 있었습니다.

166.00mm 웨이퍼의 장점은 면적이 M2보다 12.22% 더 크며, 이 웨이퍼를 사용하는 72형 모듈은 420-430W에 도달할 수 있다는 것입니다. 동시에 이 크기는 기존 장비의 용량 한계에 가깝지만 초과하지 않아 개조 비용이 통제 가능한 수준으로 유지되었습니다.

156mm에서 166mm까지, 이 단계의 모든 제조업체는 기존 8인치 크리스탈 성장 플랫폼에서 기술 업그레이드를 통해 웨이퍼 면적을 늘리고 있었습니다.

2019년 8월, Zhonghuan은 도약하여 210mm 모서리 길이의 G12 단결정 웨이퍼를 출시하며 반도체 웨이퍼 크기 사양을 직접 PV에 적용했습니다. 목표는 더 큰 웨이퍼를 통해 모듈 전력의 도약과 제조 비용의 추가 절감을 달성하는 것이었습니다. 그러나 당시 210 웨이퍼는 PV 체인에서 상하류 산업 지원이 거의 없었고, 업계 대부분은 210에 대해 회의적이었습니다.

2019년, 210 웨이퍼의 가장 초기 채택자였던 Trina와 Zhonghuan은 차세대 신형 모듈 제품을 출시했습니다. 210 웨이퍼의 50버전을 기반으로 최대 전력은 500W에 도달했으며, 이는 PV 업계 최초의 500W 제품이기도 했습니다. 당시 PV 유리 사양의 제한으로 모듈은 6열의 셀로 만들 수 없었고 홀수인 5열로만 만들 수 있었으며, 홀수 열 배치는 모듈이 플라이 와이어 설계를 사용해야 함을 의미했습니다. 또한 당시 인버터 전류의 제한으로 셀은 업계에서 주류였던 하프 컷을 사용할 수 없었고 3분할로만 만들 수 있었습니다.

Zhonghuan의 210 모서리 길이 웨이퍼 출시와 210 모듈이 500W+ 전력에 도달할 수 있다는 장점으로, 2019년 말까지 Jinko, JA Solar, Longi로 대표되는 모듈 선두 기업들은 깊은 고민에 빠졌습니다. 한편으로 이들 기업은 500W 모듈의 충격에 대응할 제품을 원했고, 다른 한편으로는 홀수 열 및 3분할 설계의 제품을 만들고 싶지 않았습니다.

그래서 이 세 기업은 210을 선택하지 않았고, 모두 전통적인 짝수 6열 셀 배치를 사용하여 500W+ 제품을 달성하는 것을 우연히 생각해냈습니다. 실제로 처음에는 세 기업의 사양이 동일하지 않았습니다. Jinko와 JA Solar는 2020년 1분기 말에 대략 180mm 웨이퍼 크기로 결정했고, Longi는 처음에 17X 크기로 결정했습니다. 커뮤니케이션과 협상을 거쳐 세 기업은 마침내 크기를 182mm로 통일했고, 2020년 6월 세 선두 기업은 업계의 다른 7개 제조업체와 함께 182mm 사양을 기반으로 한 M10 단결정 웨이퍼를 공동 출시했습니다.

오늘 사용되는 183.75*182.2 셀 크기는 182mm 기술 기반을 바탕으로 합니다. 이전 156mm 모서리 길이가 158.75로 계속 증가한 것처럼, 모듈 크기를 변경하지 않고 기술 업그레이드를 통해 셀 면적을 늘려 발전 효율을 향상시킵니다.

182 모서리 길이 웨이퍼의 논리는 210 모서리 길이의 도약적 도입과 다릅니다. 182는 업계의 기존 경계 조건을 기반으로 한 역추론 논리를 통해 생성되었습니다. 주요 경계 조건은 운송 컨테이너의 높이와 유리 용광로의 폭이었습니다. 이 두 가지가 모듈 폭의 상한을 1133-1134mm로 결정했고, 이는 6열 셀 배치에서 셀 크기가 182mm가 되도록 이끌었습니다.

한편으로, 182 모듈의 출력은 이전 50버전 210 모듈보다 높습니다. 더 중요한 것은, 182 모듈은 성숙한 6열 배치와 2컷 셀 기술 솔루션을 완전히 계승하여 제품 성능이 더 우수하고 상하류 공급망이 성숙하다는 점입니다. 당시 업계의 사고 논리로는 210을 6열 셀 배치로 만들 수 없었습니다. 유리 용광로가 지원하지 않았고 컨테이너도 지원하지 않았기 때문입니다. 210이 실패한 솔루션이 될 것처럼 보였습니다.

그러나 210 진영의 선두주자인 Trina는 대부분의 업계 관계자들의 고정된 사고를 깨고 전통적인 설계 논리를 뒤집어, 6열 셀 배치와 2컷 셀을 기반으로 한 60셀 210 모듈 제품을 신속하게 출시했습니다. 모듈 출력은 최대 600W에 달했습니다(크기 2172*1303의 모듈).

Trina의 아이디어는 다음과 같았습니다: 컨테이너가 6열 210 모듈의 2층 측면 배치를 지원하지 않는다면, 모듈을 컨테이너에 세로로 배치하면 됩니다. 유리 용광로가 지원하지 않는다면, 유리 공장과 협력하여 생산 라인을 업그레이드하면 됩니다. 2컷 210 셀의 전류가 인버터에 너무 높다면, 인버터 제조업체와 협력하여 새로운 세대의 제품을 개발하면 됩니다. 2020년 하반기에 Trina는 또한 여러 제조업체를 이끌어 600W+ 산업 연합을 설립하여 210 산업 체인 전체의 조정된 추진을 목표로 했습니다.

210 모듈의 6스트링 버전은 폭이 1303mm에 달했고 컨테이너에 세로로만 배치할 수 있었습니다. 세로 배치는 일부 시나리오에서 특정 문제를 일으켰고, 많은 고객이 이 방법을 선호하지 않았습니다. 이 문제에 직면하여, 2022년 중반에 Trina는 과감하게 직사각형 웨이퍼 솔루션을 제안하며 182mm210mm 직사각형 웨이퍼. 직사각형 웨이퍼를 기반으로 한 모듈의 폭은 1134mm로, 기존 182 모듈 폭과 일치하며 길이는 238X입니다. 이후 2023년, 징코, JA솔라, 롱이 등 9개 선도 기업이 공동으로 직사각형 웨이퍼 모듈의 크기를 발표했으며, 2382로 확정되었습니다.1134.

2382*1134 크기 모듈의 경우, 텍스트를 클릭하여 과거 기사를 확인하세요: 2382*1134가 모듈의 황금 크기인 이유는 무엇인가요?

현재 2026년, 수년간의 크기 논쟁 끝에 태양광 산업은 현재 세 가지 주요 웨이퍼 사양을 보유하고 있습니다: 183.75182.2mm, 210182.2mm, 그리고 210210mm. 그 중 183.75182.2mm 웨이퍼는 182 시리즈의 고급 버전으로, 기존 생산 능력의 장점이 있습니다; 210182.2mm 웨이퍼로 만든 모듈은 황금 크기라고 불리며, 태양광 수출에서 운송 비용이 낮고 182 시리즈 모듈 생산 라인과 호환됩니다; 210210mm 웨이퍼의 시장 점유율도 점차 상승하고 있습니다.

Ooitech 관점

Ooitech는 다음과 같이 생각합니다: 태양광 웨이퍼 크기가 100mm에서 210mm로 진화한 것은 근본적으로 전체 산업 체인의 협력적 업그레이드로, 생산 단위를 확대하여 단위 비용을 낮추고 그 혜택을 하류로 전달하는 것입니다.