[투데이에너지 이상석 기자] 국제에너지기구(IEA)의 태양광발전시스템 프로그램(PVPS)의 'Task 13'분과가 최근 태양광 셀 및 모듈 기술의 열화(劣化) 및 고장 모드에 대한 보고서를 발간했다.
보고서에 따르면 터널 산화막 패시베이티드 접합(TOPCon)과 실리콘 이종접합(SHJ) 기술의 신뢰성과 관련해 광유도 열화(LID), 자외선 유도 열화(UVID), 전위 유도 열화(PID) 등의 열화 현상 및 이로부터 회복되는 경로를 설명했다.
또한 셀 파손 문제와 관련해선 멀티와이어 기술 도입으로 대부분 해결됐다고 밝혔다.광유도 열화는 실리콘 웨이퍼에 도펀트로 붕소(B)에서 갈륨(Ga)를 변경해 해결했다.
TOPCon 및 실리콘이종접합 셀들이 일부 태양광 PV 모듈에서는 가속 노화 테스트 후 UVID(UV 유도 열화)가 발생한다고 설명했다.
봉지재 소재의 경우 표준화된 PV 모듈 테스트로는 관련 열화 경로를 밝히기 어려워 온도 변화, 습도, 자외선 조사 등 복합 스트레스로 이러한 고분자 관련 열화 경로를 밝힐 수 있다고 설명했다.
새로운 Glass/Glass 모둘에 사용된 2mm이하 두께의 태양광 유리는 보다 높은 유리 파손율을 보인다고 밝혔다. IEC 61215에 따른 기계적 부하 테스트는 고장률을 평가하기 위해 전체 모듈 평가가 이니라 수십 개 모듈에 대한 병렬 테스트가 필요하기 때문에 찾아내기 어려움이 있다고 말했다.
또한 접속함 내 전기 접점이 제대로 납땜 되지 않는 경우가 이전보다 더 자주 발생하고 있는데 이는 화재와 전체 모듈의 전력 손실로 이어질 수 있어 생산 중 100% 바이패스 다이오드 기능 검사를 권장했다.
이 보고서에 따르면 최신 과학 문헌에 메탈 할라이드 페로브스카이트(MHP) 기반 PV 모듈의 신뢰성에 대한 내용도 포함돼 있다. 실험실 수준의 해결책이 존재하는 것으로 알려졌다.
신뢰성 있는 태양광 모듈을 생산하려면 모든 열화 경로를 이해하고 하나의 솔루션으로 완화해야 한다고 했으나 이번 보고서에는 여러 신뢰성 문제를 종합적으로 해결할 수 있는 포괄적인 솔루션은 제시하지 못했다.
그럼에도 이 보고서는 태양광 업계 관계자들에게 최신 기술의 신뢰성 문제와 해결 방안에 대한 중요한 정보를 제공하고 있다는 평가다. 특히 TOPCon, SHJ 등 차세대 기술과 페로브스카이트 태양전지의 상용화를 위해 해결해야 할 과제들을 제시하고 있어 향후 연구개발 방향 설정에 도움이 될 전망이다.
■용어 설명
ㆍ열화(idiotification; 劣化)=재료나 물질의 성능과 기능이 시간이 지남에 따라 저하되는 현상. 결정질 실리콘 태양광 패널의 경우 연간 0.5~0.8% 범위의 열화율을 보인다.
ㆍ봉지재=태양광 모듈에서 태양전지와 금속 전극을 보호하고 모듈 구성요소 간 절연, 열관리, 접착을 유지하는 소재.
ㆍTOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact)=얇은 터널 산화층과 폴리실리콘 층을 활용해 전자 재결합을 줄이고 효율을 높인 것으로 주로 N형 실리콘 웨이퍼를 기반으로 후면에 패시베이팅 접촉을 배치해 빛 흡수와 전력 생산을 극대화한 셀. 최대 28%의 변환 효율을 기록해 기존 PERC셀보다 높은 효율을 보인다.
ㆍSHJ (Silicon Heterojunction)=결정질 실리콘과 비정질 실리콘 층 사이의 이종접합 구조를 활용해 표면 패시베이션을 극대화한 셀. 전자 재결합을 방지하고 높은 개방 회로 전압(VOC)을 제공한다. 평균 변환 효율은 25%이고 양면성(Bifaciality)이 매우 우수해 후면에서도 빛을 흡수할 수 있다.