TOPCon 太陽電池: 太陽電池産業における新しい PV モジュール技術

太陽光発電 (PV) モジュールの製造に使用される太陽電池技術は、より高度で効率的な新しい技術が開発されるにつれて常に進化しています。トンネル酸化不動態化コンタクト (TOPCon) 太陽電池技術は、不動態化エミッターおよび背面コンタクト (PERC) および高効率不動態化エミッター背面全拡散 (PERT) ソーラー パネルを置き換える可能性を備えた新開発です。

TOPCon 太陽電池に比べてアップグレードされ、より効率的なテクノロジーを表します。非常に類似した構造を特徴とする PERC/PERT 太陽電池。

この記事では、基礎、構造と製造、太陽光発電業界で人気のある他の技術との比較、長所と短所など、この技術の重要な詳細について説明します。

目次

TOPCon 太陽電池技術は、太陽光発電業界の最新トレンドの 1 つであり、PERC/PERT 技術のアップグレードおよびより高度なバージョンとして開発されました。 TOPCon 太陽電池の主な利点の 1 つは次のとおりです。構造はPERC/PERT太陽電池とわずかに異なりますつまり、メーカーはいくつかの改良を加えれば実質的に同じ生産ラインを使用して TOPCon 太陽電池を製造できることになります。

TOPCon 太陽電池技術は、2014 年にフラウンホーファー ISE ドイツの太陽光発電研究機関によって初めて概念として導入されました。 この技術を開発するために設計されたプロジェクトは 2013 年から 2016 年にかけて実施されましたが、トリナ・ソーラーのような企業がこの技術を生産規模に拡大したのは 2019 年になってからでした。 TOPCon 太陽電池技術が PERC 太陽電池からのアップグレードに成功したことが証明されると、LONGi Solar、Suntech、Canadian Solar などを含む他の多くの企業がこの技術に興味を持ちました。

PERC/PERT と比較したこの新技術の主な欠点は、TOPCon 太陽電池の製造に大量の銀 (Ag) が必要になることです。 この銀の増加は製造価格の上昇につながります。 しかし、新たな開発により、同等またはそれ以上の効率を実現し、生産コストを削減しながら、必要な銀の量を減らすことに成功する可能性があります。

TOPCon 太陽電池技術は、PERC 太陽電池と同様の構造と製造プロセスを特徴としており、追加のステップがわずか数ステップだけです。 このセクションでは、これら両方がどのように機能するかを説明します。

TOPCon 太陽電池は、n 型または p 型太陽電池として製造できますが、n 型の方が効率が高く、不純物に対する耐性が高いことが証明されています。 TOPCon 太陽電池は PERC/PERT 太陽電池からのアップグレードであるため、この新しい技術の構造を理解することが重要です。

PERT 太陽電池は、表面品質が高いため、n 型結晶シリコン (c-Si) バルク層を使用して製造され、p+ エミッタ層と結合して pn 接合を形成します。 エミッタ層は酸化アルミニウム (Al2O3) パッシベーション層で覆われ、その上に反射防止特性を備えた窒化シリコン (SiNx) コーティングが施されています。 PERC 太陽電池は、吸収層を p 型バルク層と、pn 接合の n+ エミッタに置き換えます。

バルク領域の下部にはリンがドープされて裏面電界が形成され、セル上部と同様に SiNx でコーティングされます。 太陽電池セルの上部と下部の両方には、PERC/PERT 太陽電池パネルの製造時にセルが負荷または他のセルに接続されているときに回路を閉じるための銀 (Ag) またはアルミニウム (Al) 接点が装備されています。

PERC/PERT 太陽電池構造は、市場に導入され、PV モジュールの製造に実装されて以来、非常に効率的であることが証明されていますが、研究者はそれを改善する方法を見つけ、TOPCon 太陽電池を作成しました。

TOPCon 太陽電池の構造は PERT 太陽電池の基本構造を採用していますが、トンネル酸化層として機能する極薄の二酸化ケイ素 (SiO2) 層が含まれており、リンをドープした多結晶シリコン (n+ Poly-Si) 層を備えた裏面フィールド層。 これらの変更により、追加された層の不動態化により再結合プロセスが減少し、効率が向上しました。

TOPCon 太陽電池技術の最も優れた点の 1 つは、製造プロセスが PERT 太陽電池のプロセスと非常に似ているため、メーカーが既存の生産ラインをアップグレードするために少額の投資を行うだけで済むことです。 製造装置のほとんどは同じままで済みます。 このため、TOPCon 太陽電池は、すでに市場に投入されている PERC/PERT PV モジュール メーカーにとって優れた投資となります。

TOPCon 太陽電池が製造された後、IV 太陽電池曲線の特性評価が実行され、その性能が評価されます。

TOPCon 太陽電池技術は非常に有望であり、太陽電池産業内で急速に成長する可能性があります。 このような新たな注目の技術を検討する場合、市場で人気のある他の太陽光発電技術と比較して分析することが重要です。 この場合、TOPCon 太陽電池技術を PERC およびヘテロ接合 (HJT) 太陽電池技術と比較します。

PERC 太陽電池技術は現在、太陽光発電業界で 75% の最高の市場シェアを誇り、首位に立っていますが、HJT 太陽電池技術は 2019 年に採用され始めましたが、その市場シェアは 2021 年までに 2.5% にとどまりました。市場にはほとんど存在せず、すでに太陽光発電市場の 8% を占めていますが、大手メーカーが PERC/PERT から TOPCon に切り替えるため、2023 年には成長し始める可能性があります。

技術仕様を考慮すると、PERC 技術は HJT と TOPCon の両方の太陽電池技術に後れを取っています。 PERC は 24.5% の効率と 70% の両面性係数を備えていますが、TOPCon は 26.1% の効率と 85% の両面性係数を実現し、HJT は 26.56% の効率と 92% の両面性係数でさらに優れています。 PERC 太陽電池の温度係数は TOPCon と比較すると 0.3%/℃ と悪くなりますが、HJT 太陽電池はそれよりもさらに低く 0.21%/℃ です。

HJT 太陽電池は非常に有望に見えるかもしれませんが、太陽電池の生産コストが高く、生産ラインが現在の技術と互換性がないため、この技術には大きな後退があります。 TOPCon 太陽電池に必要な生産ラインは PERC/PERT と実質的に同じであり、コストもほぼ同じであるため、この点で TOPCon 太陽電池が有利なスタートを切ることができます。

HJT 太陽電池と TOPCon 太陽電池の技術仕様の類似性を考慮し、HJT 技術の後退を考慮すると、トリナ ソーラー、ジンコ ソーラー、LONGi などの大手メーカーが HJT ではなく TOPCon 太陽電池を選択する理由は理解できます。 。

TOPCon 太陽電池は、PERC/PERT 太陽電池とはいくつかの違いがありますが、性能が大幅に向上しています。 このセクションでは、TOPCon 太陽電池の長所と短所を紹介します。

TOPCon 太陽電池技術は、PERC/PERT 太陽電池をアップグレードしたもので、2 つの追加ステップが特徴です。 両方のテクノロジーのこの小さな違いにより、PERC および PERT 太陽電池のメーカーは、わずかな投資で数個の機器を追加するだけで TOPCon にアップグレードできます。

TOPCon ソーラーパネルの主な特徴の 1 つは、より高い効率が達成されることです。 フラウンホーファー ISE 研究所によると、効率は25%を超える可能性があります 。 これはLONG​​i、Jinko Solarなどの太陽光発電メーカーによってすでに証明されており、26.1%という高い効率を示しています。

従来の PV モジュールの温度係数は 0.4%/℃～0.5%/℃ですが、PERC PV モジュールはその係数を 0.4%/℃ の枠よりわずかに下回ることでより優れたパフォーマンスを発揮します。 一方、Jinko Solar が製造する TOPCon PV モジュールは、温度係数が 0.3%/℃ 未満になることがすでに証明されており、多くの異常気象シナリオでの性能が大幅に向上しています。

PERC PV モジュールの両面受光率は、平均して約 70% であると決定されています。 一方、TOPCon ソーラーパネルは、両面受光率を最大 85% まで高めることが証明されています。 この両面フェイシャル係数の増加により、電力利得が 2% も増加する可能性があります。

TOPCon 太陽電池技術は、製造プロセスにおいて依然としていくつかの課題に直面しています。 これらの中には、ホウ素蒸着の最適な技術に関するさまざまな意見、満たさなければならないクリーンルーム条件のさまざまな要件、現在の選択エミッタが TOPCon フロントエミッタに適用できないことなどが含まれます。 太陽光発電業界が TOPCon とともに前進するには、これらの問題に対処する必要があります。

PERC/PERT 生産ラインを TOPCon 太陽電池にアップグレードするさまざまな企業がさまざまなルートをとっていますが、大量生産が限られているため、この技術のロードマップはまだ開発中です。 Trina Solar、LONGi などの大手企業が主要な問題に取り組み、TOPCon 太陽電池を製造する最適な方法を見つけ始めるにつれて、ロードマップはより明確になるでしょう。

TOPCon 太陽電池の主要な問題の 1 つは、セル上の接点を印刷するための銀の要件がより高いことです。 コストを削減するための理想的なオプションは、現在のコストを維持しながら効率を向上させることです。 リーズナブルな価格で市場に投入するには、このテクノロジーのコストを下げることが不可欠です。

過去 10 年間で市場トレンドは裏面電界 (BSF) 太陽電池パネルから PERC 太陽電池技術に移行し、現在は TOPCon 太陽電池パネルに移行しているようです。 当初、BSF 太陽電池パネルが市場を支配していましたが、メーカーは PERC 太陽電池技術の採用を開始し、市場シェアは 2018 年には 40% に達し、2021 年にはほぼ 75% に達しました。TOPCon 太陽電池技術は、従来の太陽電池パネルからのコスト効率の高いアップグレードであるため、 PERC/PERT 太陽電池、この新しい技術は間もなく市場を支配する可能性があります。

2021 年に LONGi は、TOPCon 太陽電池技術を採用した高効率 n 型太陽電池パネルの新記録である 25.21% を発表しました。 その直後、ジンコソーラーは25.4%というさらに高い効率記録を発表した。 2022年にトリナ・ソーラーは効率25.5%で記録を更新し、カナディアン・ソーラーも同年に25.0%の高い効率を達成した。 2022年末までに、ジンコソーラーは2回連続で記録を更新し、最初は25.7％、次に26.1％に達した。

多くの太陽光発電メーカーは、製品を設計して発売する際に、TOPCon ソーラー パネルを市場に投入し始めるでしょう。 LONGiはSNEC 2021で両面受光型TOPConソーラーパネルを発表し、サンテックは2022年にUltra VProシリーズを発表しましたが、2023年はほとんどの太陽光発電メーカーが製品をリリースする年になるようです。 ジンコ・ソーラーは電力料金が445Wから635Wまでの3つの異なるTOPConソーラーパネルのバリエーションを発表し、カナディアン・ソーラーも最大690Wのソーラーパネルを市場に投入し、トリナ・ソーラーは最大445Wの新しいTOPConソーラーパネルを発表した。

これらは大手メーカーの一部にすぎませんが、技術の進歩に伴い、太陽光発電業界の他の大手企業も TOPCon ソーラー パネルを発売する予定です。 TOPCon 太陽電池技術の人気が高まるにつれて、業界での市場シェアと存在感を高めるために、PERC 太陽電池パネルが TOPCon に取って代わられ始める可能性はかなりあります。

TOPCon 太陽電池技術は、PERC/PERT 太陽電池パネルの設計をアップグレードする革命的な製品です。

この技術は、単一 pn 接合太陽電池の Shockley-Queisser 限界に近づく効率に達し、一般に優れた性能を実現することで、その価値をすでに証明しています。

太陽電池業界は TOPCon 太陽電池技術に慣れ始めています。 LONGi はすでに 2021 年に両面受光モジュールを発売していますが、ほとんどのメーカーは高効率 TOPCon ソーラー パネルを 2023 年の第 2 四半期 (第 2 四半期) から最後の四半期 (第 4 四半期) にかけて発売する予定です。

当初、TOPCon 太陽電池技術のコストは PERC/PERT 太陽電池パネルよりも若干高価になる可能性がありますが、アナリストは TOPCon 太陽電池パネルのコストが PERC 太陽電池技術の現在のコストよりも低くなるだろうと予想しています。

TOPCon 太陽電池技術への道も、完全に競争から自由であるわけではありません。 この新たにアップグレードされた技術に対抗する、興味深い大きな可能性を秘めた他の技術もあります。これには、さらに開発された HJT や、インターデジタル バックコンタクト (IBC) 太陽電池技術が含まれます。

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