TOPCon 배터리란 무엇을 의미하나요?
TOPCon의 정식 명칭은 Tunnel Oxide Passivating Contacts(터널 산화막 패시베이션 접점)으로, 2013년에 제안된 N형 실리콘 웨이퍼 셀 기술입니다. TOPCon 셀, 즉 터널 산화막 패시베이션 접점 태양전지는 셀 내 캐리어의 선택적 패시베이션 문제를 해결하여 태양전지 효율을 향상시키도록 설계되었습니다.
TOPCon 셀의 전면과 기존 N형 태양전지의 구조는 동일하며, 주요 차이점은 셀 후면에 초박막 산화규소층을 형성한 후 도핑된 실리콘 박막을 증착하여 두 층이 함께 패시베이션 접촉 구조를 형성함으로써 표면 복합체와 금속 접촉 복합체를 효과적으로 감소시킨다는 점입니다.
초박형 산화규소와 고농도 도핑된 실리콘 박막의 우수한 패시베이션 효과로 인해 실리콘 웨이퍼의 표면 에너지 밴드가 휘어지면서 전계 패시베이션 효과가 형성되고, 전자 터널링 가능성이 크게 증가하며, 접촉 저항이 감소하여 궁극적으로 변환 효율이 향상됩니다.
TOPCon이 PERC 기술을 대체하는 이유는 무엇일까요?
2023년 태양광 산업은 400GW 이상의 신규 TOPCon 생산 설비 증설이라는 중요한 돌파구를 마련했습니다. TOPCon 셀 기술은 2024년까지 기존 PERC 셀을 제치고 새로운 주류 기술로 자리 잡을 것으로 예상됩니다. 생산량 측면에서는 올해 TOPCon 생산량이 약 100GW에 달해 전체 태양광 셀 생산량의 20~30%를 차지할 것으로 전망됩니다. 가장 비용 효율적인 N형 셀 방식인 TOPCon 셀은 고품질이면서도 생산 설비가 부족하여 공급 과잉 현상이 연중 지속될 것으로 예상됩니다. TOPCon 배터리 효율이 지속적으로 향상됨에 따라 N형 TOPCon 배터리의 프리미엄 시장이 더욱 확대될 것으로 예상되며, 이는 관련 기업들의 사업 호황에 긍정적인 영향을 미칠 것입니다.
N형 배터리가 대규모 생산 확대를 실현하지 못한 핵심 과제는 효율성과 P형 배터리 간의 큰 격차를 해소하지 못했다는 점입니다. N형 배터리는 비실리콘 소재 비용이 PERC 배터리보다 30~40% 높은 수준입니다. PERC 배터리의 효율은 이미 한계에 도달하여 비용 절감 여지가 제한적이지만, TOPCon 배터리는 효율 향상 가능성이 매우 큽니다. PV Infolink의 자료에 따르면 현재 TOPCon 셀의 비실리콘 소재 비용은 와트당 약 0.3달러로, 대형 PERC 셀의 와트당 0.21~0.23달러에 비해 여전히 격차가 존재합니다. 그러나 지속적인 노력을 통해 TOPCon 셀의 생산 비용은 점차 PERC 셀 수준에 근접할 것으로 예상됩니다.
TOPCon 배터리의 장점은 무엇인가요?
1. 표면 보호 효과의 이점: 표면 보호 성능은 주로 화학적 보호와 전계 보호에 따라 달라지는데, 열적으로 성장시킨 SiO₂는 우수한 화학적 보호 능력을 가지고 있습니다. 폴리실리콘에 고농도로 도핑하면 실리콘의 에너지 밴드가 휘어지면서 계면에서 다수 캐리어가 응집되고 소수 캐리어가 고갈되어 복합체 형성이 감소하고 전계 보호 효과를 발휘합니다.
2. 금속 접촉 복합재의 장점: 금속 접촉 복합재는 기존 구조 태양전지의 효율을 제한하는 병목 현상입니다. 금속화 공정의 산업화는 일반적으로 고온 소결 후 스크린 인쇄 방식으로 이루어지는데, 고온 소결 과정에서 금속 페이스트가 폴리실리콘을 "에칭"하여 "구멍"(스파이킹)을 형성하고 접촉 구조의 패시베이션층을 파괴하여 금속 접촉 영역에서 J0c가 패시베이션 영역보다 높아지는 결과를 초래합니다. 그러나 p+폴리실리콘 및 n+폴리실리콘 금속 접촉 복합재는 "구멍"이 패시베이션 접촉 구조를 파괴하더라도 금속 접촉 복합재의 J0c를 기존 에미터/백필드 구조보다 훨씬 낮게 유지할 수 있습니다.
3. 금속 접촉 저항률의 이점: 금속 접촉 복합체 외에도 금속-반도체 접촉 저항률(ρc)은 결정질 실리콘 태양전지의 소자 성능에 매우 중요합니다. 금속-반도체 간에 양호한 옴 접촉을 형성하면 저항 손실을 줄이고 충전율을 향상시키는 데 도움이 됩니다.
