AI 요약
이번 연구는 실리콘 태양전지의 효율을 극대화하기 위해 하이브리드 후면 전극(BC) 구조의 설계 유연성을 활용한 새로운 접근 방식을 제시합니다. 기존 BC 태양전지의 장점인 전면 금속 전극에 의한 차광 손실 제거(Shading elimination) 효과를 유지하면서, TOPCon 기반의 n형 접점과 SHJ(실리콘 이종접합) 기반의 p형 접점을 최적화하여 결합했습니다. 연구팀은 전면부에 빛 포집과 패시베이션(Passivation) 기능을 동시에 수행하는 다기능 층을 도입하고, 후면의 전하 선택적 접점의 전하 수집 효율 및 공정 호환성을 개선했습니다. 특히, 결정질 실리콘(c-Si) 흡수층의 두께를 160-μm로 최적화함으로써 산업적으로 제조 가능한 태양전지 중 최고 수준인 27.62%의 공인 효율을 기록하며 고효율 태양광 기술의 새로운 이정표를 세웠습니다.
핵심 인사이트
- 산업적 공정 호환성 확보: 하이브리드 BC 구조를 통해 산업용 결정질 실리콘 태양전지에서 27.62%라는 높은 공인 효율(Certified efficiency)을 달성했습니다.
- 최적화된 웨이퍼 두께: 전하 추출 효율을 극대화하기 위해 c-Si 흡수층의 최적 두께를 160-μm로 상향 조정했습니다.
- 이종 기술의 결합: TOPCon(n형 접점)과 SHJ(p형 접점)의 강점을 IBC(Interdigitated Back-Contact) 구조 내에서 통합하는 하이브리드 아키텍처를 구현했습니다.
- 다기능 전면층 설계: 전면부에 광 포집(Light trapping)과 표면 패시베이션 기능을 동시에 수행하는 층을 도입하여 광학적 및 전기적 손실을 줄였습니다.
주요 디테일
- 차광 손실 제거: 전면 금속화를 제거한 IBC 구조를 통해 광학적 손실의 주요 원인인 쉐이딩(Shading) 문제를 근본적으로 해결했습니다.
- 접점 기술의 고도화: 후면 전하 선택적 접점의 캐리어 수집(Carrier collection) 능력을 향상시켜 내부 양자 효율을 높였습니다.
- 연구 주체: 북경공업대학교(Beijing University of Technology)와 골드스톤 에너지(Gold Stone Energy Company Limited) 등 중국 내 주요 연구기관 및 기업이 공동 참여했습니다.
- 이론적 배경: 기존에 보고되었던 27.8%의 성능 연구를 바탕으로, 하이브리드 BC 구조가 일반 BC 셀 대비 갖는 근본적인 물리적 이점을 심층 분석했습니다.
- 물질 구조: n형 접점은 TOPCon에서 유도되었으며, p형 접점은 SHJ 기술에서 유도되어 각각의 전하 수송 특성을 최적화했습니다.
향후 전망
- 차세대 태양전지 표준화: 본 기술은 효율과 양산 가능성을 동시에 확보하여 차세대 고효율 태양전지 시장의 표준 기술로 자리 잡을 가능성이 큽니다.
- 제조 원가 절감 기대: 효율 향상과 더불어 산업적으로 호환 가능한 공정을 채택함으로써 와트(W)당 발전 단가를 낮추는 데 기여할 것으로 보입니다.