太陽電池モジュール：PERC vs. TOPCon太陽電池技術

1954年に米国で開発された最初の太陽電池はN型セルでしたが、その後、P型セルが主流となりました。これは、初期のモジュールが主に航空宇宙産業で使用され、P型セルの方が耐久性に優れていることが実証されたためです。近年になってようやく、太陽電池メーカーはN型セルの高出力化に伴い、そのアプローチを再考し始めました。これは主に、P型セルとは異なり「ホウ素-酸素欠陥」の影響を受けないため、寿命が長いことに起因しています。この欠陥は、経年劣化による効率の低下につながります。さらに、N型太陽電池はシリコン中の金属不純物の影響を受けにくいという利点もあります。.

太陽光発電（PV）技術では、化学組成のわずかな違いでも、効率と経済性に大きな違いが生じる可能性があります。その好例が、P型太陽電池とN型太陽電池の比較です。これらの太陽電池はセル構造が異なります。P型太陽電池は正に帯電したシリコン基板をベースにしていますが、N型太陽電池はその逆で、負にドープされた側がセルのベースとして機能します。.

しかし、数十年にわたりP型セルに重点が置かれてきたため、N型太陽電池の生産コストは現在、より高くなっています。N型太陽電池の生産はバリューチェーンにおける規模の経済性をもたらしましたが、N型太陽電池の製造においては、この規模の経済性を確立する必要がまだあります。さらに、N型太陽電池モジュールの製造には追加の工程が必要となるため、コストはさらに増加し​​ます。しかしながら、N型セルは効率が高いため、市場シェアは着実に増加しており、P型セルに取って代わって太陽電池技術の主流となるのは時間の問題でしょう。.

最近話題となっている太陽電池技術 PERC (パッシベーションエミッタおよび背面セル) と TOPCon (トンネル酸化物パッシベーションコンタクト) を比較すると、2 つのセルタイプ間の同様の競争が見られます。.

PERCモジュールは、入射光をより効率的にエネルギーに変換するため、PVモジュールの効率を向上させます。これは、セルの背面に到達した光の一部をセル内に反射させることで実現されます。これは、モジュールの背面に塗布された「バックサイドパッシベーション」と呼ばれる層によって可能になります。PERCセルは従来のモジュールと比較して効率が1%向上しており、発電量（kWp）あたりの製造コストの削減に貢献します。.

PERCセルは、最大限の効率を得るために、主にモノウェーハを使用します。このタイプの太陽電池は近年、飛躍的な進歩を遂げています。効率の向上により、業務用太陽光発電システムでは従来のAl-BSFセルがほぼ完全に置き換えられています。しかし、PERCセルは決して新しいものではありません。その原理は1983年にオーストラリアのニューサウスウェールズ大学で初めて説明されました。この技術の潜在能力が量産に向けて最大限に発揮されるようになったのは、製造プロセスの継続的な改善によってのみでした。.

しかし、PERC技術にも問題がないわけではありません。PERCセルは従来のセルに比べて光誘起劣化（LID）の影響を受けやすいという欠点があります。このLIDの影響により、太陽電池は初めて光に曝露された後、性能が低下します。また、電位誘起劣化（PID）のリスクも高くなります。PID欠陥は、PVシステム全体の出力を大幅に低下させる可能性があるため、広範囲に及ぶ可能性があります。そのため、投資家は、PERCセルがIEC TS 62804に準拠したPID耐性の認証を受けていることを特に確認する必要があります。.

太陽電池技術の新星として、フライブルクのフラウンホーファーISEで開発されたTOPConが挙げられます。これらのセルは単面および両面で使用でき、PERCとは異なり、主にN型ウェハを使用します。PERCと比較して、より高い効率の可能性を秘めています。中国のメーカーであるJinko Solarは昨年、この可能性がいかに高いかを実証し、最大23.53%の効率を誇る単結晶両面N型TOPCon太陽電池モジュールを発表しました。2021年に発表されたLongi SolarのTOPConモジュールは、さらに高い性能を実現しました。P型TOPConセルを使用し、この技術の世界新効率記録を樹立し、25.19%を達成しました。急速な進歩を考えると、この記録が破られるのは時間の問題でしょう。これらのモジュールに関する集中的な研究により、今後も長きにわたって開発が継続されることが確実です。.

TOPCon太陽電池の性能は他を圧倒するものの、PERC技術は依然として市場を支配しています。セル効率の継続的な向上と生産コストの低下により、この状況は当面続くと予想されます。.

しかし、TOPConセルは、その並外れた高効率により、普及が進んでいます。現在、このタイプのPVシステムでは、高い製造コストがネックとなっています。しかし、量産体制の拡大に伴い、TOPConモジュールは大幅なスケールメリットを享受できると期待されており、ドイツにおいてPERC技術の強力な競合相手となることが期待されます。フラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所（ISE）の研究者もこの見解を示しています。しかし、彼らによると、TOPConモジュールの経済的実現可能性を確立するには、製造コストの削減に加えて、PERCセルと同等の生産量まで生産量を増やすことが必要だとのことです。.

科学者の調査結果によると、5メガワットの地上設置型太陽光発電システムにおいて、TOPCon技術はPERCと比較して、太陽電池の総コストが13.5～18.6%、モジュールの総コストが3.6～5.5%高くなるという。しかしながら、フラウンホーファーISEの研究者らは、TOPCon太陽電池のセル効率は両面発電p-PERCと比較して0.4～0.55%高いため、コスト効率の高い大量生産が可能になると指摘している。.

N型太陽電池とP型太陽電池のどちらを使用するかに関わらず、太陽電池モジュールの効率を大幅に向上させる方法があります。それが両面発電技術です。表面が光に当たった時にのみ発電する単面発電型太陽電池とは異なり、両面発電型太陽電池は表面と裏面の両方から発電するように設計されています。この光吸収の増加により、モジュールの効率が大幅に向上します。.

当然のことながら、下面の効率は太陽に面する上面ほど高くありません。しかしながら、設置場所、地面からの距離、外部条件によっては、下面の放射照度が増加するため、効率は19%以上向上する可能性があります。これにより、システム全体の容量が10～30Wp増加する可能性があります。例えば、以前は290Wpを出力していたモジュールの出力は、320～360Wpに増加します。.

両面受光システムを設置する際は、光透過率を高めるために、下地から十分な距離を確保することが重要です。瓦屋根や芝生など、反射率が低～中程度の面の場合、最低40cmの距離が必要です。反射率の高い面（例：雪）の場合、地面から1.5m以上の距離が必要です。.

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