태양광 모듈: PERC 대 TOPCon 태양전지 기술

1954년 미국에서 개발된 최초의 태양전지는 N형 태양전지였으나, 그 이후에는 P형 태양전지가 인기를 끌게 되었습니다. 그 이유는 초기에는 모듈이 우주 여행에 주로 사용되었으며, 우주 여행에서 더 탄력적인 것으로 입증되었기 때문입니다. 최근 몇 년 동안 태양전지 제조업체는 N형 전지의 더 뛰어난 성능으로 인해 접근 방식을 재고하기 시작했습니다. 그 주된 이유는 P형과 달리 "붕소-산소 결함"의 위협을 받지 않기 때문에 이들 세포의 수명이 길어지기 때문입니다. 이는 작업 시간이 길어질수록 효율성이 감소하는 결과를 가져옵니다. 또한, N형 태양전지는 실리콘의 금속 오염에 덜 민감합니다.

PV 기술에서는 화학 성분의 아주 작은 차이라도 효율성과 경제적 분배에 큰 차이를 가져옵니다. 이는 예를 들어 P형 태양전지와 N형 태양전지를 비교해 보면 알 수 있습니다. 둘 다 셀 구조 측면에서 서로 다르며, 양전하를 띤 실리콘 베이스를 기반으로 하는 P형 태양전지가 있습니다. 대조적으로, N형 태양전지는 음으로 도핑된 면이 태양전지의 베이스 역할을 하기 때문에 반대 방향으로 설계되었습니다.

그러나 N형 태양전지는 수십 년 동안 P형 전지에 초점을 맞춰왔기 때문에 현재 생산 비용이 더 비쌉니다. 그들의 생산은 가치 사슬에서 규모의 경제로 이어졌으며, 이는 N형 생산에서 먼저 구축되어야 합니다. 또한 N형 태양광 모듈 생산에는 추가 단계가 필요하므로 비용이 더욱 증가합니다. 그러나 효율이 높아 N형이 차지하는 비중이 지속적으로 증가하고 있으며, 태양전지 기술의 대세가 P형을 대체하는 것은 시간문제일 것이다.

최근 논란을 불러일으킨 태양전지 기술 PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)와 TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact)을 비교해 보면 두 셀 유형 간의 비슷한 경쟁 관계를 볼 수 있습니다.

PERC 모듈은 입사광을 에너지로 더 잘 변환하므로 PV 모듈의 효율성을 높입니다. 이는 세포 뒤쪽에 도달하는 빛의 일부를 다시 세포로 반사함으로써 이를 수행합니다. 이는 소위 후면 패시베이션이라고 하는 모듈 후면에 적용되는 레이어를 통해 가능해집니다. 기존 모듈에 비해 PERC 셀의 효율성이 1% 증가하여 얻은 kWp당 생산 비용을 줄이는 데 도움이 됩니다.

가능한 최대의 효율성을 달성하기 위해 모노 웨이퍼는 주로 PERC 셀에 사용됩니다. 태양전지의 유형은 최근 몇 년 동안 엄청난 발전을 거듭해 왔습니다. 향상된 효율성으로 인해 전문 PV 시스템에서 기존 Al BSF 셀을 거의 완전히 대체하게 되었습니다. PERC 셀은 1983년 호주 뉴사우스웨일즈 대학교에서 처음으로 그 원리가 언급되었기 때문에 전혀 새로운 것이 아닙니다. 그러나 생산 공정이 꾸준히 개선되어야만 기술의 가치가 대량 생산에 충분히 활용될 수 있음을 의미했습니다.

그러나 PERC 기술에도 문제가 없는 것은 아닙니다. 이는 기존 세포보다 빛에 의한 분해에 더 민감하게 만듭니다. 이 LID 효과로 인해 태양전지는 빛과 처음 접촉한 후 전력을 잃게 됩니다. 잠재적으로 유발된 분해의 위험도 더 높습니다. PID 결함은 전체 PV 시스템의 성능을 크게 저하시킬 수 있으므로 광범위한 결과를 초래할 수 있습니다. 따라서 투자자는 PERC 셀이 IEC TS 62804에 따라 PID 저항에 대해 인증을 받았다는 사실에 특별한 주의를 기울여야 합니다.

태양전지 분야의 떠오르는 별은 프라이부르크의 Fraunhofer ISE에서 개발한 TOPCon 기술입니다. 이러한 셀은 단면 및 양면 모두 가능하며 PERC와 달리 주로 N형 웨이퍼에 의존합니다. PERC에 비해 효율성 잠재력이 더 높습니다. 작년에 중국 제조업체인 Jinko Solar는 최대 23.53%의 효율을 지닌 단결정 양면 N형 TOPCon 태양광 모듈을 선보이며 이것이 얼마나 높은지 보여주었습니다. 2021년 Longi Solar가 선보인 TOPCon 모듈은 더욱 높은 성능을 달성했습니다. P형 TOPCon 셀을 사용하면 25.19%의 효율성을 달성하여 이 기술에 대한 새로운 세계 효율성 기록을 세웠습니다. 급속한 발전을 감안할 때 이 기록을 깨는 것은 시간 문제일 뿐입니다. 모듈에 대한 집중적인 연구를 통해 개발이 아직 끝이 보이지 않도록 해야 합니다.

TOPCon 태양전지의 성능은 따라잡기 어렵지만 PERC 기술은 여전히 ​​시장을 지배하고 있습니다. 이는 셀의 효율성이 향상되고 동시에 생산 비용이 하락하기 때문에 한동안 그럴 가능성이 높습니다.

그러나 TOPCon 셀은 매우 높은 효율성으로 인해 증가하고 있습니다. 높은 생산 비용은 여전히 ​​이러한 유형의 PV에 반대됩니다. 그러나 대량 생산이 시작되면 여기서도 상당한 규모의 경제가 예상되며, 이는 독일의 TOPCon 모듈이 PERC 기술에 대한 심각한 경쟁으로 발전할 수 있도록 보장할 것입니다. Fraunhofer-ISE 연구원도 이를 확인했습니다. 그러나 그들에 따르면 TOPCon 모듈의 경제적 생존성을 뒷받침하려면 제조 비용 절감 외에도 PERC 셀 수준으로 생산량을 늘리는 것이 필요합니다.

과학자들의 연구 결과에 따르면 TOPCon 기술은 5MW 출력의 지상 장착형 PV 시스템의 PERC에 비해 총 태양전지 비용이 13.5~18.6% 더 높고 총 모듈 비용은 3.6~5.5% 더 높습니다. 그럼에도 불구하고 Fraunhofer ISE 연구진은 양면 p-PERC에 비해 TOPCon 태양전지의 셀 효율이 0.4~0.55% 더 높기 때문에 비용 효율적인 대규모 생산이 가능하다고 밝혔습니다.

N형 태양전지를 사용하든 P형 태양전지를 사용하든 태양광 모듈의 효율을 대폭 높이는 방법이 있습니다. 이것이 양면기술이다. 상부 조명만으로 태양광 발전이 이루어지는 단면 태양전지와 달리 양면 태양전지는 상부와 하부에서 전력을 생산할 수 있도록 설계됐다. 이러한 방식으로 달성된 빛의 사용 증가는 모듈의 효율성을 크게 증가시킵니다.

물론 하부의 효율성은 햇빛을 지향하는 상부만큼 크지는 않습니다. 그럼에도 불구하고 위치, 지면과의 거리, 외부 조건에 따라 하면의 복사로 인해 효율이 19% 이상 증가할 수 있습니다. 이는 전체 시스템의 용량을 10~30까지 늘릴 수 있음을 의미합니다. 예를 들어, 이전에 290Wp를 제공했던 모듈의 성능은 320~360Wp로 증가합니다.

양면 시스템을 설치할 때 추가 방사선을 허용할 수 있도록 아래 표면으로부터 충분한 거리에 설치되도록 주의를 기울여야 합니다. 타일 ​​지붕이나 잔디와 같이 약한 반사 표면에서 중간 반사 표면의 경우 최소 거리는 40cm 이상이어야 합니다. 그러나 반사율이 높은 표면(예: 눈)의 경우 지면까지의 거리가 1.5미터 이상이어야 합니다.

적합:

• 농업용 태양광발전, 개방형 공간 시스템, 태양광 간이 차고 및 태양광 울타리에 이상적인 양면 및 투명 유리-유리/이중 유리 태양광 모듈

넓은 주차 공간을 위한 태양광 솔루션을 위해 특별히 설계된 단일 소스의 모든 것. 자신의 전력 생산으로 미래를 위해 재융자하거나 대환융자를 받을 수 있습니다.

조언과 해결책은 여기에서 찾을 수 있습니다 👈🏻

구속력이 없는 비용 견적을 포함한 조언 및 계획. 우리는 강력한 태양광 파트너와 함께 여러분을 모십니다.

조언과 해결책은 여기에서 찾을 수 있습니다 👈🏻

우리는 독일어권 국가의 여러 지역에 위치하고 있습니다. 우리는 귀하에게 조언하고 귀하의 희망 사항을 실현할 수 있는 신뢰할 수 있는 파트너를 보유하고 있습니다.

우리에게 연락하세요 👈🏻