프랑스 국립 태양에너지 연구소(CEA-INES)는 최근 새로운 태양광 모듈 상호 연결 기술을 개발했다고 발표했습니다. 이 기술은 은 함량이 낮은 전기 전도성 접착제(ECA), 구리 리본, 그리고 은-구리 금속화 페이스트를 사용하여 태양광 모듈의 은 소모량을 크게 줄였습니다. 결과적으로 태양광 모듈의 총 은 사용량은 와트당 14밀리그램(mgAg/W)에 불과하여 은 소모량을 26% 절감할 수 있습니다.

600 TC 후 ECA와 상호 연결된 베어 구리 리본의 EL 이미지

프랑스 대체 에너지 및 원자력 위원회(CEA) 산하 기관인 CEA-INES는 이 프로젝트에서 은, 순수 구리, 은-주석 혼합 소재 등 다양한 코팅 소재를 사용한 구리 스트립과의 호환성을 확인하기 위해 세 가지 전도성 접착제 제형을 평가했습니다. 연구 책임자인 레미 모나는 "저은 전도성 접착제가 이전 세대 제품보다 성능과 신뢰성이 더 뛰어나며, 신뢰성도 더 우수함을 확인했습니다."라고 말했습니다.

모나와 그의 연구팀은 Solar Materials and Solar Cells 저널에 "ECA 기반으로 상호 연결된 태양광 모듈에 Cu 리본과 Cu-Ag HJT 셀 금속화의 적용"이라는 제목의 논문을 게재했습니다. 이 연구에서 연구팀은 M2형 n형 초크랄스키 웨이퍼와 폴리올레핀 엘라스토머(POE) 캡슐화 재료로 제작된 미니 모듈을 실험에 사용했습니다. 연구팀은 기존 스크린 인쇄 기술과 비교했을 때 증착 반복성 측면에서 뚜렷한 이점을 제공하는 템플릿 인쇄 기술을 선택했습니다.

연구진은 IEC 61215 표준에 따라 모듈에 대한 습열(DH) 및 열 사이클(TC) 노화 시험을 실시하고, 모듈의 충전율과 전기 발광 이미징에 초점을 맞춰 직렬 저항과 상호 연결 고장의 발생 가능성을 밝혀내기 위해 100, 200, 400 및 600회의 열 사이클 후 전기적 매개변수를 측정했습니다. “태양 전지 금속화에 대한 상호 연결 리본의 접착력을 평가하기 위해 팀은 박리 테스트를 사용했습니다.” 해당 논문에는 다음과 같이 기술되어 있다.

실험 결과에 따르면, 은 금속화가 적용된 셀과 모듈은 3,000시간의 습열 노화 후 2% 미만으로 저하된 반면, 구리 금속화가 적용된 셀은 2,000시간 후 습기로 인한 저하가 나타났으며, 저하 정도는 은 금속화 모듈 전체의 저하 정도와 유사했습니다.

또한, 연구진은 은 금속화 셀을 은-구리 금속화 셀로 교체하면 모듈에 사용되는 은의 양이 크게 감소하여 총 은 사용량이 14mgAg/W에 불과함을 발견했습니다. 은 함량이 낮은 전도성 접착제를 무코팅 구리 리본과 함께 사용하면 은 소비량을 최대 26%까지 줄일 수 있습니다.

"예비 비용 분석을 수행했지만, 제품 특성, 생산량 및 기타 산업 생산 라인의 특정 요구 사항을 고려하여 파트너와 더욱 세부적인 연구를 진행해야 합니다."라고 모나한은 설명했습니다. "이러한 혁신을 구현하려면 특히 스크린 인쇄 및 상호 연결 단계에서 장비 제조업체와의 긴밀한 협력이 필요하며, 자재 공급업체와의 협력 또한 매우 중요합니다.

대부분의 파트너사가 유럽에 위치하고 있어 저희에게는 중요한 이점입니다." 모나한은 또한 CEA-INES가 현재 실제 생산 라인에서 이 혁신 기술을 시험할 계획이라고 밝혔습니다. "저희는 3Sun과 긴밀히 협력하여 태양광 모듈의 은 사용량 감축 문제를 해결하고 있습니다."라고 그는 말했습니다. "또한, 저희가 개발 중인 혁신 기술 중 일부는 다른 셀 기술에도 적용될 수 있으므로 다른 제조업체에도 매력적으로 다가갈 수 있습니다."

올해 1월, CEA-INES는 이탈리아 이종접합 태양광 모듈 제조업체(에넬 계열사)인 3Sun과 협력하여 2단자 페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지의 광전 변환 효율 30.8%를 달성했습니다. 2022년 3월에는 DC/DC 최대 전력점 추적(MPPT) 장치를 공동 개발하여 인듐 도핑 p형 이종접합 실리콘 태양전지의 광전 변환 효율 24.47%를 달성했습니다.