PERC vs TOPCon vs HJT vs BC：なぜ太陽電池はこれほど異なるのか

簡単な回答： PERC、TOPCon、HJT、BCの主な違いは、下にあるシリコンウェハではなく、セル表面と裏面コンタクトで何が起こるかにあります。PERCはp型セルの裏面をパッシベーションし、そこに局所的なコンタクトを開けます。TOPConは、ドープされたポリシリコン層の下に約2 nmの極薄トンネル酸化膜を配置し、キャリアがパッシベーションされた表面をトンネル通過するようにすることで、開放電圧を高めます。HJTは両面に薄いアモルファスシリコン層を堆積させ、より低いプロセス温度を使用します。BCは両方のコンタクトを裏面に移動させ、フロントバスバーの陰影を完全に排除します。製造業者にとっての結果は、各ルートが異なる追加プロセスステップと、既存ラインとの異なる互換性レベルを意味するということです — TOPConは主に拡散と堆積の追加を必要とし、HJTは熱工程全体を置き換えます。このライン互換性の違いが、業界が現在の方向に収束した理由を説明しています。

PV モジュール製造 · Jerry、Ooitech 著

本号の核心的な問い

P型からN型へ、PERCから TOPCon、HJT、BCへ、これらの文字は実際に何を意味するのか？それぞれが解決しようとしている異なる課題とは何か、そしてサプライチェーンの専門家は選定時に何に注目すべきか？

サプライヤーAは言う：「当社のTOPConモジュールは22.5%の効率に達し、PERCより1ポイント高い。」サプライヤーBは言う：「当社のHJTモジュールは温度係数が優れており、高温条件下でより多くの電力を発電する。」サプライヤーCは言う：「当社のBCモジュールは前面にグリッドラインがなく、見た目がすっきりしており分散型プロジェクトに適している。」

では、どのように比較すべきか？価格と定格効率だけを見ていると、本当に重要なものを見逃してしまいます：

• 技術ルートが異なれば量産歩留まりも異なり、それが納期の安定性に影響します。

• 銀ペーストの消費量が異なり（HJTはより多い）、それがコスト動向と供給リスクに影響します。

• 劣化メカニズムが異なり（P型はLID、N型はLeTID）、それが保証請求に影響します。

• プロセス温度が異なり（HJTは低温プロセス）、それが設備、投資閾値、そしてサプライヤー全体の状況に影響します。

本号は、技術ルートを比較するための完全なフレームワーク構築を支援します。

一言で理解する

PERCはP型技術の頂点（裏面パッシベーション）、TOPConは主流のN型量産ルート（コンタクトパッシベーション）、HJTは高性能低温ルート（ヘテロ接合界面パッシベーション）、そしてBCは電極を裏面に移動させた美観ソリューションです。これらは同じ問題を異なる角度から解決しています：効率損失の低減です。

わかりやすい例え

太陽電池の効率損失は、各階で水漏れする5階建ての家のようなものです：

• 1階の水漏れ（吸収損失）：光が吸収されずにそのまま通過してしまう。

• 2階の漏れ（熱化損失）：高エネルギー光子の余剰エネルギーが熱に変わる。

• 3階の漏れ（再結合損失）：電子と正孔が分離される前に再結合する。

• 4階の漏れ（抵抗損失）：電流がセルと電極で抵抗に遭遇し、熱に変わる。

• 5階の漏れ（遮蔽損失）：前面電極が太陽光の一部を遮る。

PERCは主に3階（裏面再結合）を修復する。TOPConは主に3階のコンタクト部分（コンタクト再結合）を修復する。HJTは3階をほぼ完全に改修する（界面パッシベーション）。BCは主に5階を修復する（電極を裏面に移して遮蔽をなくす）。

サプライチェーン注記：ルートによって修復する階が異なるが、各階を修復するコストと難易度は異なる。選ぶのは単なる効率の数値ではなく、「どこに投資し、どれだけの損失を削減でき、いくらのコストを払うか」のトレードオフである。

専門原則

P型 vs N型：基板の選択

トレンド：N型が主流としてP型を置き換えつつある。N型ウェハの少数キャリア寿命がより高く（電子が「より長く」生きる）、より先進的なパッシベーションと組み合わせることでより高い効率に到達できるからである。

PERC：裏面に保護膜を追加する

PERCはPassivated Emitter and Rear Cellの略である。従来のP型セルの裏面に以下を追加する：

• Al2O3（酸化アルミニウム）パッシベーション層を1層追加し、裏面再結合を低減する。

• SiNx（窒化ケイ素）保護層を1層追加し、裏面反射を高め、吸収されなかった光子を跳ね返して再吸収の機会を与える。

主な損失要因：裏面再結合および裏面透過損失。

サプライチェーンの特徴：最も成熟した技術、最も完全なサプライチェーン、最低コストだが、効率の上限は約23.5%。設置基数が最大で、スペアパーツと交換が最も容易。

TOPCon：精密コンタクトゲート

TOPConはTunnel Oxide Passivated Contactの略。主要構造：N型ウェハの裏面に、非常に薄い酸化層（SiO2、約1-2nm）を形成し、その上にドープされたポリシリコン層を被覆する。

• 酸化層はゲートのように働き、少数キャリア（正孔）の再結合を阻止しつつ、多数キャリア（電子）のトンネル通過を可能にする（これが「トンネリング」である）。

• ドープされたポリシリコン層は良好な電気的接触を提供し、接触抵抗を低減する。

主な損失要因：金属接触領域での再結合および接触抵抗。

サプライチェーンの特徴：PERCラインとの互換性が高く（アップグレード可能）、現在のN型量産の主要ルート。銀ペースト消費量、酸化層プロセスの歩留まり、劣化データに注目。

HJT：ウェハを挟む2つの保護層

HJTはHeterojunction Technologyの略。構造：N型結晶ウェハの両面に、パッシベーションとして真性アモルファスシリコン（i-a-Si:H）層を堆積し、その上にドープされたアモルファスシリコン層を被覆し、最後に透明導電性酸化物（TCO）を形成する。

• 「ヘテロ」とは、結晶シリコンとアモルファスシリコンが2つの異なる半導体材料であることを意味する。

• 2つのi-a-Si:H層が優れた表面パッシベーションを提供する。

• 全プロセスは低温（<200°C、PERC/TOPConは800°C以上が必要）で完了する。

主な損失要因：表面再結合および温度損失（温度係数が低く、高温下での性能が優れる）。

サプライチェーンの特徴：高効率で温度特性が良好だが、設備投資が大きく、銀ペースト消費量が多く、ターゲット（TCO用ITO）が必要。低温プロセスのため既存の高温ラインとは互換性がなく、新規設備が必要。

BC / IBC：電極を裏面に移動

BCはBack Contact（バックコンタクト）の略で、IBCはInterdigitated Back Contact（インタージタルバックコンタクト）の略です。従来のセルの表面には金属グリッドライン（電極）があり、太陽光の約5%～7%を遮ります。BC技術では正負両方の電極を裏面に配置し、表面を完全に無遮蔽にします。

仕組み：P+領域とN+領域を裏面に交互に配置して局所的なPN接合を形成し、正負の電極をインタージタル状に配置します。

主に対処する損失：表面電極の遮蔽。

サプライチェーンの特徴：クリーンな表面（グリッドラインなし）と高効率を実現しますが、プロセスが複雑で、歩留まりの課題が大きく、多くの特許障壁があります。ハイエンドの分散型市場に適しています。

効率損失マップの概要

図解ガイド

図1：P型とN型の比較

左列（青系）：P型ウェハ、ボロンドープ、多数キャリアは正孔、LID劣化がより顕著、代表技術はPERC。右列（緑系）：N型ウェハ、リンドープ、多数キャリアは電子、少数キャリア寿命がより長い、代表技術はTOPCon/HJT/BC。P型とN型の根本的な違いはドーピング元素と多数キャリアの種類にあり、N型はより長いキャリア寿命と高度なパッシベーションの組み合わせにより、より高い効率に到達できる。

図2：PERC / TOPCon / HJT / BC 断面比較

4列で、それぞれ1つのセルの垂直断面を示し、PN接合の位置を赤い破線の円でマークしている。PERCとTOPConはPN接合が前面にあり、HJTは両面にヘテロ接合があり、BCはPN接合が完全に裏面にある。サプライチェーンの読み方：層が多いほど工程が増え、歩留まりの課題が大きくなる。HJTは層が最も少ないが低温薄膜を使用し、TOPConは層数が中程度で既存ラインに最も近く、BCは裏面構造が最も複雑である。

図3：太陽電池効率損失マップ

技術ルートの戦いは、主に第2環と第3環の損失を改善することにある。単一の技術ですべての損失を完璧に解決できるものはない。サプライチェーンの読み方：2つの技術の効率差を比較するときは、その差がどの損失層に由来するのかを明確に問うこと。なぜなら、それによってその差が実在するのか実験室の結果にすぎないのか、高温や弱光など異なる条件下でも成り立つのかが決まるからである。

今号の重要用語

よくある誤解

誤解1：TOPConは単なるPERCのアップグレード版である。正しい理解：TOPConはN型ウェーハを使用し（PERCはP型を使用）、パッシベーテッドコンタクトの設計概念はPERCとは全く異なる。一部のPERCラインはTOPConにアップグレードできるが、両者は2世代の技術である。

誤解2：HJTはすでにTOPConを完全に置き換えられる。正しい理解：HJTは高効率でプロセス温度が低いが、設備投資が大きく、銀ペースト消費量が多い（TOPConの約2倍）、ターゲットが必要である。それぞれに適したシナリオと顧客層がある。

誤解3：最高効率の技術が必ず最良である。正しい理解：量産歩留まり、材料コスト（特に銀とターゲット）、劣化、温度係数、弱光応答、供給安定性を含む総コストを見る必要がある。定格効率は技術評価の一側面に過ぎない。

誤解4：BCモジュールにはフロントグリッドラインがないため、その効率は最も高くなければならない。正しい理解：BCは電極を裏面に移動させ、フロントのシェーディング損失を排除するが、裏面プロセスはより複雑で、裏面の抵抗経路はより長い。BCの効率優位性は特定の条件下では明確だが、すべてのシナリオで最適というわけではない。

サプライチェーンの注目ポイント

技術ルートの選択は、今後5～10年の供給安定性の選択に等しい。

• 生産能力と供給：PERCは最大の生産能力を持つが、TOPConに置き換えられつつある。サプライヤーを評価する際は、N型の生産能力シェアと立ち上げの進捗を確認すること。

• 銀ペースト依存：銀はウェハーに次いでセル内で2番目に大きなコスト項目である。HJTの銀消費量は業界が注視するコストのボトルネックである（低温銀ペーストはより高価）。

• 劣化と保証：N型モジュールは一般にP型よりも劣化が少ないが、LeTID性能はメーカー間で異なる。保証交渉では、具体的な劣化曲線を入手すること。

• スペアパーツの適合：交換モジュールは元の技術ルートとバッチパラメータに一致しなければならない。異なるPN接合設計のモジュールを直列に接続すると、ミスマッチ損失が発生する。

• 特許リスク：BC技術の特許は少数の企業に集中しているため、国内代替やサプライチェーンのスペアパーツ市場が制限される可能性がある。

サプライチェーンの注記：モジュール技術ルートの選択は、今日の効率と価格だけでなく、今後25年間の供給安定性とスペアパーツの入手可能性の予測でもある。TOPConは現在「高確実性」の選択であり、HJTは「高い将来性」の選択であり、BCは「特定シナリオでの高価値」の選択である。

一言でまとめると

PERCは裏面を修理し、TOPConはコンタクトを修理し、HJTはインターフェースを修理し、BCはシェーディングを修理する。これら4つの技術の競争の根底にある論理は、効率損失マップ上の異なる箇所にパッチを当てることであり、あなたの調達決定は成熟度、コスト、効率、供給セキュリティの間の多目的バランスである。

Ooitechの見解

Ooitechは考える：PERC、TOPCon、HJT、BCは単一の効率数値を競うレースではなく、効率損失マップ上の4つの異なるパッチであり、賢明な選択とは成熟度、コスト、効率、長期的な供給セキュリティのバランスを取るものである。