실리콘 헤테로접합(SHJ) 태양전지용 고급 패시베이티드 접촉 층은 기존의 PERC(Passivated Emitter and Rear Cell) 기술과 비교하여 효율, 안정성 및 온도 계수가 크게 향상됩니다. 롱이그린에너지의 2024 SHJ 기술 백서에 따르면, 비정질 실리콘/결정질 실리콘(a - Si/c - Si) 패시베이티드 접촉이 통합된 SHJ 셀은 표준 시험 조건(STC: 1000 W/m², 25℃)에서 최대 전력 변환 효율(PCE)이 26.8%에 달하며, 이는 최첨단 PERC 셀(24.0%)에 비해 12% 증가합니다. 패시베이티드 접촉 층은 표면 재결합 속도(SRV)를 10 cm/s 이하로 낮추는데, 이는 PERC의 SRV 65 cm/s보다 85% 낮습니다. 반면 PCE의 온도 계수는 -0.24%/℃로 최적화되어 PERC의 -0.36%/℃에 비해 33% 향상되었습니다. 이로 인해 SHJ 셀은 60℃에서 정격 효율의 92%를 유지하는 반면, PERC 셀은 85%를 유지합니다.

주요 제조 기술 혁신: 저온 공정 및 소재 혁신
두 가지 중요한 제조 기술 발전이 SHJ 패시베이티드 접촉의 상용화를 가속화했습니다. 첫째, 저온 실버 페이스트 기술입니다. 한화 Q CELLS는 기존의 200℃에서 150℃ 경화에 적합한 나노 실버 페이스트를 개발했는데, 이로 인해 비정질 실리콘 패시베이션 층에 대한 열 손상을 줄입니다. 이 혁신으로 접촉 접착 강도가 40% 증가(5 N/mm에서 7 N/mm)하고 실버 소비량이 25% 감소(120 mg/셀에서 90 mg/셀)합니다. 둘째, ALD 증착 산화물 패시베이션입니다. First Solar은 원자층 증착(ALD)을 사용하여 10nm 두께의 Al₂O₃/TiO₂ 적층체를 제작해 기존의 비정질 실리콘 층을 대체합니다. 이 적층체는 내자외선 특성을 향상시킵니다. 1000시간 동안 자외선 노출(340 nm, 0.71 W/m²) 후 PCE 열화는 비정질 실리콘 기반 접촉의 8%에 비해 2%로 제한됩니다.
산업 적용: 대형 발전용 및 분산형 태양광 발전에서 대규모 적용
대형 태양광 발전소에서 중국의 5GW 황하 태양광 발전소(2024년 운영 개시)는 고급 패시베이티드 접촉이 적용된 SHJ 모듈을 사용합니다. 국립 신재생에너지 연구소(NREL) 데이터에 따르면, 이러한 모듈은 연간 에너지 수율이 1850 kWh/kWp로 인접한 PERC 기반 어레이(1608 kWh/kWp)보다 15% 높습니다. 분산형 태양광 발전 시스템의 경우, 파나소닉의 2024년 주택용 SHJ 패널(패시베이티드 접촉이 통합됨)은 220 W/m²의 전력 밀도를 특징으로 하여 동일한 에너지 출력을 위해 설치 면적을 20% 감소시킬 수 있으며, 이는 도시 옥상 적용에 매우 중요합니다. 사우디아라비아의 Neom 태양광 프로젝트와 같은 거친 환경에서 ALD 패시베이션 층이 적용된 SHJ 모듈은 2년간 운영 후 초기 PCE의 95%를 유지하는 반면, PERC 모듈은 88%로, 먼지 및 고온에 대한 내성이 뛰어나기 때문입니다.
현재 문제점: 비용, 규모 확장성 및 소재 호환성
급속한 채택에도 불구하고 SHJ 패시베이티드 접촉 층은 세 가지 주요 산업 문제에 직면해 있습니다. 비용은 여전히 장벽입니다. 산화물 패시베이션에 필요한 ALD 장비의 가격은 약 140만 달러이며, 국내 제조를 통해 2026년까지 30% 감소(약 98만 달러)할 예정이지만 여전히 소규모 생산업체의 입장을 제한합니다. 둘째, 대면적 균일성입니다. 182mm×182mm 웨이퍼(현재 산업 표준)에 패시베이티드 접촉을 제작하면 웨이퍼 전체에서 효율 변동이 5%로, 166mm 웨이퍼의 3%에 비해 더 큽니다. 이로 인해 추가 레이저 트리밍이 필요해 생산 시간이 15% 증가합니다. 마지막으로, 소재 호환성입니다. 비정질 실리콘 패시베이션 층은 모듈 조립에 사용되는 기존의 무연땜납과 호환되지 않으며, 180℃ 이상의 땜납 온도가 패시베이션 성능을 열화시킵니다. 저온 땜납 개발은 모듈 비용을 10% 증가시키지만 JinkoSolar와 같은 회사가 주석 - 비스무트(Sn - Bi) 합금을 테스트하여 이 문제를 해결하려고 노력하고 있습니다.