TOPCon技術が主流へ：DAS SolarのCTOが語る業界動向と技術革新
2024年12月5日（木）18時46分 PR TIMES
現在、太陽光発電業界において、今後の主流技術をめぐる議論が絶えません。TOPConやHJT(ヘテロ接合技術）、そして最近注目を集めているBC（バックコンタクト）技術が競り合っている状況です。DAS SolarのCTOである宋登元博士は、中国で開催された太陽光発電技術の交流会に参加した際に、TOPCon技術が今後3〜5年で業界の主流技術となり、市場シェアの50％以上を占めるだろうと予測しました。その根拠についても詳しく説明しました。
主流技術を決める3つの要素
宋登元博士の見解では、どの技術が太陽光発電業界の主流技術となるかは、「LCOE（均等化発電コスト）」、「セル効率」、そして「産業エコシステム」という三つの要素に左右されると考えています。
「最も重要なのは産業エコシステムです。エネルギー製品は、従来のエネルギー源に代わるために、経済性が不可欠です」と宋登元博士は語っています。セル効率は重要ですが、最終的な目標ではなく、コスト削減の手段として機能します。宋は、ガリウムアルセナイド（GaAs）セルが50％近い効率を誇るものの、その高いコストが地上での利用には適していないことを指摘しました。さらに、低LCOE（均等化発電コスト）は、化石燃料の大規模な代替にとっても不可欠であり、再生可能エネルギーの導入の道筋を固めます。
TOPCon技術の優位性と未来への展望
TOPCon技術は市場シェアを急速に拡大しております。中国の太陽光発電ロードマップを根拠に、TOPCon技術は2023年の23%から2024年までの75%に達する見込みで、2025年には80%を超えると予測されています。この成長の背景には、特に高度なパッシベーション技術に基づく構造的な優位性があり、それが効率の向上とコストの削減を大きく促進しています。
「太陽光セルの効率とコストは、パッシベーション構造に大きく依存しています」と宋博士は説明しました。「TOPConの全面的なパッシベーション技術を可能にすることで、PERCセルに見られる部分的なパッシベーションの限界を克服しています」と述べました。一方で、BC技術は主に電極構成に焦点を当てており、その性能はTOPConやHJTなどの基礎となるパッシベーション技術に依存しています。
宋博士は過去の動向を研究し、各太陽光セル技術は10年のライフサイクルに従うことを結論付けました。このライフサイクルは、シェア20%から始まり、70-80%でピークを迎え、その後5年以内に10%程度に減少する軌跡を描きます。
このモデルに基づき、宋博士は、TOPConが持つ比類ないパッシベーション能力、高効率性、そして優れた拡張性により、今後3〜5年間、市場を支配すると予測しました。理由としては、「結晶シリコンの高い安定性、無毒性、豊富な資源により、少なくとも次の10年間は主流な地位を維持し続けることが確実です」と宋博士は述べました。
効率向上への道筋
現在、TOPCon技術は実験室で27.3%の効率記録を達成しており、その理論的限界は29.4%です。TOPCon技術のポテンシャルを検証するため、宋博士は26種類の異なるセルの理論効率と実験室効率を分析しました。その結果、結晶シリコンセルは理論効率に最も近いことが判明し、その差はわずか2.11%にとどまっています。
宋博士は効率向上に向けて、明確なステップを示し、表面再結合の最小化とキャリア寿命の延長の重要性を強調しました。マーティン・グリーン教授によるシミュレーションでは、効率を28%に向上させるための2つの重要な要素が特定されました。まず、キャリア寿命は4.5msを超えるべきであり、同時に、表面再結合電流は5.6fA/cm²以下でなければならないとされています。
実際、現在のシリコン材料のキャリア寿命は、この要件を十分に満たすことができ、特に全面接触パッシベーションを採用すればその要件は完全に達成可能です。しかし、5.6fAの再結合電流を実現することは非常に挑戦的であり、現在の最良レベルは約8fAです。したがって、効率をさらに改善するためには、表面再結合が最も重要な要素となります。
DAS Solarの戦略：一つの主軸を軸に、三つの翼で推進し、全方位で発展
世界で最も急成長しているPV企業の一つとして、DAS Solarは「一つの主軸を軸に、三つの翼で推進し、全方位で発展」戦略を採用しています。TOPConをベースとしながら、DBC、TSiP、SFOSといった先進技術の開発に注力することを追求されます。
現在、DAS SolarのTOPCon技術は4.5世代に達しており、世界クラスの性能指標を達成しています。これには、開放電圧745mVと、量産効率26.7%が含まれます。一方、同社の第一世代DBC製品は効率26.5%を実現しており、産学連携により、ペロブスカイトタンデムセルは実験室で33.2%の効率を達成しました。
今後、DAS Solarは、強力な技術力を活かし、複数の技術革新を進めることで、セル効率40%以上を目指しています。「TOPCon技術をコアに、PV技術の限界を押し広げ、新しい効率のレベルを達成し、グローバルなエネルギー転換を推進することに全力を尽くしています」と宋博士は締めくくりました。
主流技術を決める3つの要素
宋登元博士の見解では、どの技術が太陽光発電業界の主流技術となるかは、「LCOE（均等化発電コスト）」、「セル効率」、そして「産業エコシステム」という三つの要素に左右されると考えています。
「最も重要なのは産業エコシステムです。エネルギー製品は、従来のエネルギー源に代わるために、経済性が不可欠です」と宋登元博士は語っています。セル効率は重要ですが、最終的な目標ではなく、コスト削減の手段として機能します。宋は、ガリウムアルセナイド（GaAs）セルが50％近い効率を誇るものの、その高いコストが地上での利用には適していないことを指摘しました。さらに、低LCOE（均等化発電コスト）は、化石燃料の大規模な代替にとっても不可欠であり、再生可能エネルギーの導入の道筋を固めます。
TOPCon技術の優位性と未来への展望
TOPCon技術は市場シェアを急速に拡大しております。中国の太陽光発電ロードマップを根拠に、TOPCon技術は2023年の23%から2024年までの75%に達する見込みで、2025年には80%を超えると予測されています。この成長の背景には、特に高度なパッシベーション技術に基づく構造的な優位性があり、それが効率の向上とコストの削減を大きく促進しています。
「太陽光セルの効率とコストは、パッシベーション構造に大きく依存しています」と宋博士は説明しました。「TOPConの全面的なパッシベーション技術を可能にすることで、PERCセルに見られる部分的なパッシベーションの限界を克服しています」と述べました。一方で、BC技術は主に電極構成に焦点を当てており、その性能はTOPConやHJTなどの基礎となるパッシベーション技術に依存しています。
宋博士は過去の動向を研究し、各太陽光セル技術は10年のライフサイクルに従うことを結論付けました。このライフサイクルは、シェア20%から始まり、70-80%でピークを迎え、その後5年以内に10%程度に減少する軌跡を描きます。
このモデルに基づき、宋博士は、TOPConが持つ比類ないパッシベーション能力、高効率性、そして優れた拡張性により、今後3〜5年間、市場を支配すると予測しました。理由としては、「結晶シリコンの高い安定性、無毒性、豊富な資源により、少なくとも次の10年間は主流な地位を維持し続けることが確実です」と宋博士は述べました。
効率向上への道筋
現在、TOPCon技術は実験室で27.3%の効率記録を達成しており、その理論的限界は29.4%です。TOPCon技術のポテンシャルを検証するため、宋博士は26種類の異なるセルの理論効率と実験室効率を分析しました。その結果、結晶シリコンセルは理論効率に最も近いことが判明し、その差はわずか2.11%にとどまっています。
宋博士は効率向上に向けて、明確なステップを示し、表面再結合の最小化とキャリア寿命の延長の重要性を強調しました。マーティン・グリーン教授によるシミュレーションでは、効率を28%に向上させるための2つの重要な要素が特定されました。まず、キャリア寿命は4.5msを超えるべきであり、同時に、表面再結合電流は5.6fA/cm²以下でなければならないとされています。
実際、現在のシリコン材料のキャリア寿命は、この要件を十分に満たすことができ、特に全面接触パッシベーションを採用すればその要件は完全に達成可能です。しかし、5.6fAの再結合電流を実現することは非常に挑戦的であり、現在の最良レベルは約8fAです。したがって、効率をさらに改善するためには、表面再結合が最も重要な要素となります。
DAS Solarの戦略：一つの主軸を軸に、三つの翼で推進し、全方位で発展
世界で最も急成長しているPV企業の一つとして、DAS Solarは「一つの主軸を軸に、三つの翼で推進し、全方位で発展」戦略を採用しています。TOPConをベースとしながら、DBC、TSiP、SFOSといった先進技術の開発に注力することを追求されます。
現在、DAS SolarのTOPCon技術は4.5世代に達しており、世界クラスの性能指標を達成しています。これには、開放電圧745mVと、量産効率26.7%が含まれます。一方、同社の第一世代DBC製品は効率26.5%を実現しており、産学連携により、ペロブスカイトタンデムセルは実験室で33.2%の効率を達成しました。
今後、DAS Solarは、強力な技術力を活かし、複数の技術革新を進めることで、セル効率40%以上を目指しています。「TOPCon技術をコアに、PV技術の限界を押し広げ、新しい効率のレベルを達成し、グローバルなエネルギー転換を推進することに全力を尽くしています」と宋博士は締めくくりました。
