TOPCon vs PERC LCA: 유일한 환경 트레이드오프는 은(Silver)이다
목차
제품 소개
TOPCon은 거의 모든 면에서 PERC를 능가하지만, 은(silver)은 예외
최근 생산 라인 업그레이드 회의에서 한 가지 질문이 반복해서 나왔습니다: PERC 라인을 TOPCon으로 전환할 때, 탄소 회계가 정말 타당한가?
최근 수명 주기 평가(LCA)가 명확한 정량적 답을 제시합니다. Maximising environmental savings from silicon photovoltaics manufacturing to 2035에 따르면, Nature Communications 17, 2311 (2026), DOI: 10.1038/s41467-026-69165-x, TOPCon은 16개 환경 영향 범주 중 15개에서 PERC보다 우수합니다. 탄소 발자국은 약 6.5% (Wp당) 감소하지만,그 대가로 금속 자원 사용이 15.2% 증가하며, 주로 양면 은 페이스트로 인한 은 소비 증가 때문입니다.
간단한 생산 용어로 말하면: TOPCon은 대부분의 지표에서 PERC보다 깨끗하지만, 은(silver)은 여전히 손해를 보는 유일한 부분입니다.
그림 1의 정규화된 막대 차트는 메시지를 매우 직접적으로 전달합니다. 은 관련 금속 자원 사용만 유일하게 명백한 부정적 항목이며, 다른 대부분의 환경 지표는 개선됩니다.
기술 매개변수
기준 시나리오의 주요 LCA 수치
연구의 기준 시나리오는 중국에서 제조되어 중부 유럽으로 운송된 모듈을 기반으로 하며, 2023년 기술 가정을 사용합니다. TOPCon 업그레이드를 평가하는 제조업체와 투자자에게 특히 중요한 몇 가지 수치가 있습니다.
| 지표 | TOPCon 결과 / 발견 | 비교 또는 의미 |
|---|---|---|
| 기후 변화 영향 | 유럽 제조의 경우 0.40 kg CO₂-eq/Wp, 중국 평균 0.73, 인도 0.95 | 동일한 경계 조건에서 TOPCon은 PERC보다 약 6.5% 낮습니다. |
| 금속 자원 사용 | TOPCon은 15.2% 더 높습니다. | 주로 양면 은 페이스트로 인해 발생하며, PERC 후면은 Ag + Al을 사용합니다. |
| 기타 14개 환경 영향 범주 | 일반적으로 2~10% 감소 | 담수 부영양화, 입자상 물질, 광화학 오존 생성, 화석 자원 사용 등을 포함합니다. |
| 지배적인 제조 단계 | 웨이퍼 단계가 16개 지표 중 12개를 지배합니다. | 실리콘 정제 전력이 가장 큰 핫스팟입니다. |
| 웨이퍼 전력 기여도 | 전체 모듈 기후 영향의 89.9% | 폴리실리콘 및 웨이퍼 생산에 사용되는 전력의 탄소 집약도가 결정적입니다. |
| 금속화 기여도 | 모듈 수준 금속 자원 영향의 53% | 셀 단계 내에서 금속화는 금속 자원 영향의 98.3%를 기여합니다. |
환경 비용이 실제로 발생하는 곳
그림 2는 TOPCon 모듈을 웨이퍼, 셀, 모듈 및 운송 단계로 나눕니다. 그 결과는 셀 라인 최적화에만 집중하는 사람들에게 그다지 호의적이지 않습니다. 가장 큰 환경 핫스팟은 TOPCon 셀 공정 자체가 아니라 업스트림 실리콘 및 웨이퍼 단계입니다.
실리콘 정제 전력은 웨이퍼 단계 영향의 85% 이상을 차지하며, 웨이퍼 전력은 전체 모듈 기후 영향의 89.9% 를 기여합니다. 즉, 패시베이션이 우수하고 페이스트 소비가 한계까지 줄어들더라도 폴리실리콘과 웨이퍼가 석탄 중심의 전력으로 생산되면 탄소 결과는 여전히 좋지 않을 수 있습니다.
셀 단계 내에서 유일한 실제 문제는 은입니다. 금속화는 전체 모듈 수준에서 금속 자원 지표의 53% 를 기여하고, 셀 단계 내에서는 98.3% 를 기여합니다. 이는 구리 도금, 버스바 감소, 멀티 버스바 최적화 및 은 사용량 절감 기술의 방향을 강력히 지지합니다.
기술적 장점
TOPCon이 실제로 개선하는 점
LCA 관점에서 TOPCon의 장점은 단순히 더 높은 효율성에 대한 마케팅 이야기가 아닙니다. 더 높은 변환 효율은 와트당 재료 사용을 줄이고, 시스템 경계를 Wp 기준으로 계산할 때 대부분의 환경 지표를 개선합니다.
와트당 탄소 발자국 감소: TOPCon은 동일한 제조 및 배송 가정 하에서 PERC에 비해 기후 변화 영향을 약 6.5% 줄입니다.
대부분의 영향 범주에서 더 나은 성능: 16개의 환경 지표 중 15개가 개선되어, 이점이 단일 탄소 지표에 국한되지 않고 광범위함을 의미합니다.
효율성 기반 재료 절감: 더 높은 모듈 효율은 와트당 유리, 봉지재, 백시트, 프레임 및 기타 면적 관련 재료 부담을 줄입니다.
명확한 공정 개선 방향: 은 사용 문제는 집중적이고 측정 가능하여 구리 도금, 미세 선 폭 인쇄, 버스바 설계 및 페이스트 절감으로 목표를 정하기 쉽습니다.
미래 탈탄소화와의 강력한 호환성: 전력망이 더 깨끗해짐에 따라 TOPCon의 제조 발자국은 더 줄어들 수 있으며, 특히 웨이퍼 생산이 저탄소 전력과 연결될 때 더욱 그렇습니다.
은 문제는 무시할 수 없습니다
TOPCon의 양면 은 금속화는 금속 자원 사용에 있어 측정 가능한 불이익을 줍니다. 이는 전체 LCA 이점을 뒤집지는 않지만, 생산 엔지니어의 우선 순위 목록을 변경합니다.
TOPCon의 경우 은 절감은 비용 문제만이 아닙니다. 또한 환경적 병목 현상입니다. 업계가 TOPCon이 대규모로 확장하면서 환경적 우위를 유지하려면 와트당 은 그램 수를 줄이는 것은 더 이상 선택 사항이 아닙니다.
제품 응용
제조 위치와 전력망 탈탄소화는 많은 사람들이 예상하는 것보다 더 중요합니다
이 연구는 2023년부터 2035년까지 인도, 중국, 미국 및 유럽을 비교하며, ITRPV 기술 발전과 EIA 저비용 무탄소 시나리오에서의 전력망 탈탄소화라는 두 가지 주요 변수를 고려합니다.
기억할 만한 몇 가지 결과가 있습니다:
| 시나리오 | 기후 영향 / 절감 | 실질적 의미 |
|---|---|---|
| 2023년 유럽 제조 | 0.40 kg CO₂-eq/Wp | 연구에서 비교된 지역 중 가장 낮은 수치 |
| 2023년 중국 평균 | 0.73 kg CO₂-eq/Wp | 중간 범위 결과, 전력 믹스에 크게 영향받음 |
| 2023년 인도 제조 | 0.95 kg CO₂-eq/Wp | 나열된 기준 지역 중 가장 높은 수치 |
| 2035년까지의 기술 발전만 고려 | 평균 약 0.10 kg/Wp 감소 | 효율 개선, 은 사용량 절감 및 실리콘 절약이 도움이 되지만 단독으로는 충분하지 않음 |
| 기술 발전 및 전력망 탈탄소화 | 2035년까지 제조 측면에서 8.2 Gt CO₂-eq 감축 잠재력 | 가장 큰 절감은 주로 더 깨끗한 전력과 제조 입지 선택에서 비롯됨 |
8.2 Gt의 절감 잠재력은 매우 크며, 이는 약 2019년 전 세계 인위적 배출량의 13.9%에 해당에 해당합니다. 더 중요한 것은, 이러한 절감의 대부분이 단순히 셀 구조 변경이 아닌 전력 탈탄소화에서 비롯된다는 점입니다.
국가 라벨보다 서브그리드 차이가 더 클 수 있음
매우 중요한 결론은 'Made in China'만으로는 탄소 발자국이 정의되지 않는다는 것입니다. 중국 내에서 탄소 집약도가 가장 높은 서브그리드와 가장 낮은 서브그리드를 비교하면 TOPCon 제조 배출량은 0.32~0.58 kg CO₂-eq/Wp범위가 될 수 있습니다. 이 차이는 중국 평균과 유럽 기준 사례 간의 차이보다 더 클 수 있습니다.
이는 윈난성의 수력으로 생산된 웨이퍼와 내몽골의 석탄 중심 전력으로 생산된 웨이퍼가 동일한 탄소 제품으로 취급되어서는 안 된다는 것을 의미합니다. 구매자, 개발자 및 탄소 회계를 수행하는 제조업체에게는 국가 라벨보다 지역 전력 구조가 더 중요합니다.
연구는 또한 석탄이 16개의 TOPCon 제조 지표 중 12개에 긍정적인 기여를 한다는 것을 보여줍니다. 석탄 비중이 5% 증가하면 기후 지표가 약 4.8% 상승합니다. 수력은 16개 지표 모두를 감소시키는 반면, 원자력은 주로 전리 방사선 범주를 증가시키지만 대부분의 다른 지표에서는 안정적으로 유지됩니다.
어떤 생산 레버를 면밀히 주시해야 할까?
그림 8의 민감도 분석은 여러 공정 레버를 분리하여 2023년 기준선과 비교합니다. 이 결과는 모듈 수준에서 어떤 개선이 의미가 있고 어떤 것이 지역적으로만 매력적인지 보여주기 때문에 실제 공장 의사 결정에 유용합니다.
| 레버 | 가정 | 주요 영향 | 설명 |
|---|---|---|---|
| 효율 개선 | ITRPV 2034 추세에 따라 PERC +12.6%, TOPCon +15.9% | 지표 전반에 걸친 광범위한 비례 감소 | 효율이 증가함에 따라 면적 관련 재료 소비량이 Wp당 감소 |
| 은 소비량을 5 mg/W로 감소 | TOPCon 은 사용량 약 78% 감소 | 금속 자원 사용량 약 41% 감소 | 금속 자원 영향에 매우 강하지만 다른 범주에는 제한적 영향 |
| 웨이퍼 전력 소비 26% 감소 | 더 얇은 웨이퍼와 낮은 에너지 수요와 연계 | 기후 영향 9.6% 이상 감소 | 웨이퍼 단계가 지배적이므로 가장 강력한 공정 측 레버 |
| 실란 14.4% 감소 | 향상된 ICP-PECVD 증착 | 모듈 수준 영향 감소 0.3% 미만 | 셀 단계의 전체 비중이 낮기 때문에 셀 단계 화학물질의 중요성은 낮음 |
놓치기 쉬운 한 가지는 실란을 14% 줄이는 것이 매력적으로 들리지만 모듈 수준 환경 개선은 0.3% 미만이라는 점입니다. 이유는 간단합니다. 셀 단계는 전체 모듈 LCA에서 지배적인 기여자가 아닙니다. 웨이퍼 전력을 절약하는 것이 소량의 공정 가스를 절약하는 것보다 훨씬 중요합니다.
구매 문의
TOPCon 라인 계획을 위한 실용적 시사점
PERC에서 TOPCon으로의 업그레이드를 계획하는 제조업체에게 이 LCA는 명확한 신호를 보냅니다: TOPCon은 대부분의 범주에서 환경적으로 더 우수하지만 은과 웨이퍼 전력은 심각하게 관리해야 합니다.
가장 중요한 생산 측 우선순위는 다음과 같습니다:
페이스트 최적화, 미세 라인 인쇄, 버스바 설계 및 대체 금속화 경로를 통해 와트당 은 소비량을 줄입니다.
셀 라인 에너지 소비뿐만 아니라 웨이퍼 및 폴리실리콘 전력원을 추적합니다.
특히 대규모 제조 국가에서 보조 그리드 전력 믹스를 주요 탄소 회계 변수로 취급합니다.
효율 개선을 우선시하세요. 왜냐하면 와트당 면적 관련 재료 사용을 줄이기 때문입니다.
상류 웨이퍼 에너지가 여전히 지배적인 경우, 작은 셀 공정 화학물질 절감이 모듈 수준에서 주는 이점을 과대평가하지 마십시오.
Ooitech의 견해
모듈 제조 라인과 가까이에서 일하는 장비 공급업체로서 우리는 이렇게 봅니다: TOPCon의 환경적 이점은 단일 셀 공정 단계보다는 효율, 은 소비량, 상류 웨이퍼 에너지의 통합된 관리에 의해 더 많이 결정될 것입니다. 공장 업그레이드의 경우, 실질적인 질문은 단순히 'PERC 또는 TOPCon'이 아니라, 새 라인이 처음부터 낮은 은 사용량, 안정적인 고효율, 투명한 공급망 탄소 데이터로 설계되었는지 여부입니다. 이것이 생산 장비 계획과 공정 규율이 탄소 전략의 일부가 되는 지점이며, 단순한 생산 능력 확장의 일부가 아닙니다.
