TOPCon 전면 필름 SiNx 큰 성과: 모듈 출력 3-4W 증가

빠른 답변: TOPCon 셀의 전면 필름 실리콘 질화물 두께는 측정 가능한 모듈 전력 가치가 있는 것으로 나타났습니다. 서로 다른 전면 필름 레시피를 사용한 두 셀 그룹 간의 라인 비교에서 모듈 출력에 3 W에서 4 W의 차이가 발생했으며, 더 우수한 레시피는 약 2.8 W를 얻었습니다. SiNx는 반사 방지 코팅과 수소 패시베이션 소스로 모두 작용하며, 이 두 가지 역할은 최적 두께를 서로 다른 방향으로 끌어당깁니다: 너무 얇으면 반사율이 상승하고, 너무 두꺼우면 필름의 광학 및 패시베이션 거동이 변합니다. 문제의 레시피는 15 nm에서 45 nm 범위에 있었으며, 여러 층이 20 nm에서 30 nm 사이에 있었습니다. 어느 쪽이든 동일한 PECVD 단계에서 층이 증착되기 때문에 이 이득은 장비 비용이 전혀 들지 않습니다 — 이는 레시피 변경이며, 이것이 전면 필름 최적화가 TOPCon 라인에서 남은 가장 저렴한 효율 레버 중 하나인 이유입니다.

PV 모듈 제조 · Ooitech의 Jerry 작성

제품 소개

라인에서 비교를 실행했습니다. 두 그룹의 TOPCon 셀, 서로 다른 전면 필름 레시피.

• 구배막 그룹: SiNx/SiOxNy/SiOx 구배 스택 (저굴절률 SiOx/SiOxNy 층 포함)

• 순수 SiNx 그룹: 순수 다층 SiNx

결과는 반대로 나왔습니다.

• 셀 레벨: 구배 그룹이 순수 SiNx 그룹보다 효율이 0.05%-0.1% 높았습니다. 셀에서는 구배막이 확실히 더 좋아 보였습니다.

• 모듈 레벨: 66셀 210×210 모듈로 라미네이션한 후, 순수 SiNx 그룹이 실제로 3-4W 더 높은 출력을 보였습니다 (라인에서 측정).

"셀 효율이 낮은 그룹이 모듈 출력이 더 높게 나왔습니다." 품질팀이 계속 이유를 물었고, "패키징 이득"이라고만 답할 수는 없습니다.

이 글은 하나의 확실한 논문으로 그 직관에 반하는 광학 계산을 정리합니다.

기술 매개변수

셀 효율 ≠ 모듈 출력. 라미네이션이 그 사이에 있습니다.

한 가지를 명확히 기억하세요: 셀 효율과 모듈 출력은 단순 곱셈이 아닙니다.

25.7%급 셀을 사용한 66셀 210×210 TOPCon 모듈을 기준으로, 라인 데이터에 따르면 셀 효율 0.1% 차이는 모듈 출력 약 2.8W에 해당합니다. 그 계수로 계산하면:

방향이 완전히 뒤집혔습니다. 셀 레벨의 이점이 라미네이션에서 사라졌습니다.

모듈 전력은 셀 효율을 그대로 곱한 값이 아닙니다. 유리, 봉지재 및 백시트 는 광학 커플링 이득(양수)을 가져오지만 전류 불일치와 분포 손실(음수)도 발생시킵니다. 순효과가 측정된 전력입니다. 서로 다른 반사 방지 레시피는 라미네이션 후 매우 다른 순효과를 만들어내며, 이것이 "셀에서 지고 모듈에서 이긴다"의 근본 원인입니다.

이 메커니즘은 이미 규명되었습니다: Zhang et al. 2019 (Energies, DOI:10.3390/en12061168) 에서 PERC 플랫폼에 대해, SunSolve 시뮬레이션과 모듈 측정으로 뒷받침되었습니다.

기술적 장점

한 PERC 논문이 반전을 명확히 설명합니다

Zhang 2019는 단결정 PERC에 전면 3층 반사 방지 코팅을 연구했습니다. 처음 두 층은 고정된 SiNx(20nm/45nm)로 유지되었습니다. 세 번째 층만 변경되었습니다.

• 플랜 A: 세 번째 층 15nm SiNx (굴절률 1.99)

• 플랜 B3: 세 번째 층 30nm SiOx (굴절률 1.46)

SunSolve 광학 시뮬레이션(피라미드 텍스처 포함)을 사용하여 가중 평균 반사율 WAR(300-1100nm)을 계산했습니다:

셀 수준에서 B3는 A보다 반사가 적어 측정된 Isc가 62mA 높고 효율은 21.50% vs 21.35% (+0.15% abs)입니다. 저굴절률 SiOx 층이 있는 필름이 셀에서 우세합니다.

그러나 모듈 수준에서는 그래프가 반전됩니다. 섹션 3.3은 명확히 말합니다:

"EVA 봉지재가 단파장 빛을 흡수하기 때문에 30nm SiOx 셀의 스펙트럼 응답 이점이 부분적으로 가려집니다... 모듈 출력 이득은 0.9W에 불과합니다... SiOx를 모듈에 넣으면 셀 수준 성능 이득이 57% 감소합니다."

구체적인 내용:

• CTM 비율: 30nm SiOx 96.1% vs 15nm SiNx 96.5%. SiOx 쪽이 실제로 더 낮습니다.

• +0.15% 셀 수준 이점은 라미네이션 후 이득의 57%를 잃었습니다.

• 모듈 출력 이득은 단지 0.9W.

이것은 귀하의 사례에 대한 논문 수준의 설명입니다. 그라디언트 그룹(SiOx/SiOxNy 저굴절률 층 포함, Zhang의 B3와 유사)은 단파장 반사 방지로 셀 수준에서 0.05-0.1% 우위를 보입니다. 그러나 라미네이션 후 EVA가 <380nm 단파장 광을 흡수하여 그라디언트 그룹의 단파장 가장자리가 억제되고 CTM이 감소하며, 동일한 효율 등급에서 순수 SiNx 그룹이 이를 능가합니다.

제품 응용

격차가 어디에 있고, 얼마나 큰지

① 셀 수준: 그라디언트 그룹이 0.05%-0.1% 우위, 약 1.4-2.8W

66셀 210 TOPCon 라인 기준(0.1% 셀 효율 ≈ 2.8W 모듈 출력)으로, 그라디언트 그룹은 셀 수준에서 0.05%-0.1% 높아야 하며, 이는 모듈에서 1.4-2.8W 더 높아야 함을 의미합니다.

② 모듈 수준: 순수 SiNx가 실제로 3-4W 더 높음(라인 측정)

측정 결과, 순수 SiNx 그룹의 모듈 출력이 그라디언트 그룹보다 3-4W 더 높습니다. 작은 셀 수준 불리함을 다시 더하면, 순수 SiNx 그룹이 패키징 단계에서만 4.4-6.8W 더 기여함을 의미합니다. 720W 기준 대비, 이는 0.61%-0.94%의 패키징 이득 차이입니다.

③ 문헌 근거: Zhang 2019의 "57% 감소" (PERC 플랫폼)

Zhang의 PERC 연구 결과는 밀접하게 일치합니다: SiOx 제3층이 있는 필름은 셀 수준에서 +0.15% 우위를 보이지만, 라미네이션 후 이득이 57% 감소하고 CTM 비율이 0.4포인트 하락합니다.

66셀 210 TOPCon으로 환산하면, 0.1% 셀 수준 우위는 라미네이션 후 약 0.04%만 남으며, 모듈에서 완전히 역전될 수 있습니다. 귀하의 라인 결과인 "순수 SiNx가 3-4W 더 높음"과 동일한 출처, 동일한 원인입니다.

④ 그라디언트 그룹이 모듈 수준에서 뒤처지는 이유는 무엇인가?

SiOx/SiOxNy가 있는 그라디언트 필름은 300-500nm 단파장 반사 방지에 주력합니다. 그러나 이것은 정확히 모듈에서 유리와 EVA가 가장 강하게 흡수하는 대역입니다. 그라디언트 필름의 단파장 가장자리는 패키징 재료에 직접 흡수됩니다. 반면 순수 다층 SiNx는 >400nm 가시광선-근적외선 주요 대역에서 반사 방지를 철저히 수행하여(라미네이션 후에도 효과적이며, 실리콘의 양자 응답이 더 높은 곳) 모듈 수준에서 더 많은 이득을 얻습니다.

라인에 적용하기: 셀 효율만으로 판단하지 마십시오

① 지금 라인에서 실행할 수 있습니까?

둘 다 가능합니다. 순수 다층 SiNx는 성숙한 경로입니다. 그라디언트 필름(SiNx/SiOxNy/SiOx)도 튜브 PECVD에서 가능하며, 코팅 층 하나와 N/O 비율 및 3층 두께 매칭 제어 단계만 추가하면 됩니다.

최근 TOPCon 업계는 '전면 필름 SiNx 다층' 방식을 재추진하여 '전면 필름 질화산화물 다층' 공정을 대체하고 있습니다. 귀하가 본 데이터는 그 추세의 라인 수준 증거입니다. 그라디언트 필름이 나쁘다는 것이 아니라, 라미네이션 시험에서 탈락했다는 것입니다.

② 가치가 있나요?

계산 방식에 따라 다릅니다. 셀 효율만 보면 그라디언트 필름이 0.05-0.1% 더 좋습니다. 그러나 모듈 수준에서는 순수 다층 SiNx가 3-4W 앞서며, 현재 TOPCon 모듈 와트당 가격 기준으로 이는 실제 프리미엄 여지입니다.

전면 필름 선택은 셀 효율과 패키징 이득이라는 두 가지 지표로 봐야 합니다. 셀 수준의 숫자 하나만 보지 마십시오. 그라디언트 그룹처럼 셀에서 얼굴을 얻고 모듈에서 실질을 잃을 수 있습니다.

③ 안정적인가요?

이것은 별도로 확인해야 합니다. 둘 다 다층 필름이며, 장기 신뢰성(습열 하의 필름 안정성, 다양한 봉지재와의 매칭)을 측정해야 합니다. UNSW Hoex 팀의 초기 연구는 TOPCon이 봉지재 조성에 매우 민감하다는 것을 이미 보여주었습니다. 반사 방지 필름과 봉지재는 결합되어 있습니다. 코팅을 변경하면 봉지재 선택도 따라 변경해야 할 수 있습니다.

라인 작업자 함정 팁: 두 전면 필름 공정을 비교할 때 셀 효율만 비교하지 마십시오. 셀 수준의 0.05-0.1% 차이는 작아 보이지만, 모듈에서는 수 와트가 역전될 수 있습니다. 셀 효율과 모듈 출력을 모두 측정하십시오. 특히 전력 등급 프리미엄을 추구하는 고급 모듈의 경우 더욱 그렇습니다.

한계: 논문이 말하지 않는 것

• Zhang 2019는 PERC 플랫폼 증거이며 TOPCon이 아닙니다. 그러나 전면 반사 방지 광학은 동일한 기원을 공유합니다: EVA는 단파장을 흡수하고, SiOx 필름은 단파장 가장자리를 잃으며, CTM이 떨어집니다. 이것은 패키징 광학의 일반적인 규칙이며, TOPCon 전면 필름도 이를 따릅니다. 이 라인 사례는 TOPCon이며, 논문과 방향이 일치합니다. 자체 라인에서 EQE 스펙트럼 응답과 라미네이션 전후 반사 분할로 재실행하는 것을 권장합니다.

• 메커니즘은 이 기사의 추론이며, 판결이 아닙니다. "순수 다층 SiNx가 더 높은 패키징 이득을 가진다"는 물리적 설명(유효 스펙트럼 트리밍 + 낮은 기생 흡수)은 EQE 스펙트럼 응답과 라미네이션 전/후 반사/흡수 분할 데이터가 있어야 확정할 수 있습니다. 이 글은 물리적 프레임워크와 방향을 제시합니다. 어느 밴드가 지배적인지와 기생 흡수가 어디서 오는지는 라인 스펙트럼 데이터를 기다려야 합니다.

• 0.61%-0.94% 패키징 이득 격차 는 3-4W와 0.05-0.1%에서 역산한 크기 정도의 추정치입니다. 다른 봉지재(EVA/POE/EPE)와 다른 유리(코팅/비코팅)는 그 숫자를 바꿀 것입니다.

• 양면 모듈과 UV 차단 봉지재는 단파장 활용을 더욱 바꿉니다. 두 그룹 간의 격차는 이중 유리 + UV 통과 시나리오에서 재분배될 수 있습니다.

요약

동일한 TOPCon 셀에서 그라디언트 그룹은 셀 레벨에서 0.1% 우위를 보이지만, 패키징 후 4W를 잃습니다. 차이는 단순히 효율이 아니라, 모듈 단계에서 반사 방지막이 놓인 시험이 바뀌었다는 점입니다.

셀 시험은 전체 스펙트럼 단파장을 테스트하며, 그라디언트 그룹이 잘 대응합니다. 모듈 시험은 패키징 후 유효 스펙트럼을 테스트하며, 순수 SiNx 그룹이 역전합니다.

2019년 PERC 논문이 이미 말했습니다: SiOx를 모듈에 넣으면 셀 레벨 이득이 57% 줄어듭니다. 라인에서 측정된 3-4W 역전은 논문의 결론과 방향이 일치합니다.

전면 필름 선택 시, 단일 셀 효율 숫자가 템포를 정하게 하지 마십시오. 패키징 이득을 총계에 포함하십시오.

Ooitech의 견해

여기서의 셀 대 모듈 격차는 모듈 라인을 인계할 때 우리가 주시하는 함정과 정확히 같습니다. 셀에서 빛나는 코팅은 유리와 EVA가 위에 올라가면 조용히 와트를 잃을 수 있으므로, 우리는 항상 고객에게 실제 CTM 데이터에 대해 반사 방지 선택을 고정하라고 말합니다, 실험실 효율이 아니라. Ooitech는 모듈 생산 라인만 구축하기 때문에, 이 셀-모듈 결합은 우리의 라미네이션 및 공정 교육 작업이 실제로 가치를 발휘하는 곳입니다. 이러한 선택이 가동 중인 TOPCon 라인에서 어떻게 작용하는지 보고 싶다면, Ooitech YouTube 채널(www.youtube.com/ooitech)에 팔로우할 가치가 있는 공장 영상이 많이 있습니다.