太陽電池セル vs 太陽電池パネル：機械の名前が語らないこと

簡単な回答： 短い答え：太陽電池セルと太陽電池パネルは、2つの異なる業界の2つの異なる工場で製造されています。セルの製造はシリコンウェハーから始まり、拡散炉、PECVD、スクリーン印刷機を使用して約0.5 V～0.6 Vのデバイスを生産します。商用セルの約95%は結晶シリコンです。パネル（モジュール）の製造は完成したセルから始まり、タバーストリンガー、レイアップステーション、ラミネーター、フレーミングマシン、テスターを使用して、60～144枚のセルを400 W～700 W定格の密封モジュールに組み立てます。セル工場には800 °C以上の炉とクリーンルーム環境が必要ですが、モジュールラインは通常の工業ホール内で約150 °Cのラミネーション温度で稼働します。Ooitechは5 MWから1.2 GWまでのモジュールラインを構築しており、セル製造設備は製造していません。この名称の混乱は当社のカタログにも実在し、モジュール組立中にセルを扱う機械が太陽電池セルの名前を冠しています。

Ooitechのプロダクトマーケティング担当、Jerryより

毎週のようにこの質問のバリエーションを受けます。買い手が当社に太陽電池セルを製造しているかと尋ね、実際に構築したいのはモジュールラインであるというケースです。プロセスの開始時に何が投入されるかを誰かが尋ねる前に、しばらくセル工場の見積もりを比較していたこともあります。

これは絶えず起こっており、買い手のせいではありません。当社の機械自体が「Solar Cell Laser Cutting Machine」や「Solar Cell Tabber Stringer」といった名前で呼ばれています。それらはセルを扱い、パネル工場に設置されています。

2つの工場、2つの異なるビジネス

太陽電池セルは単一の光起電力デバイスで、直径約16～23 cm、約0.5～0.6ボルトを生成します。太陽電池パネルは、電圧を上げるために直列に、次に電流を上げるために並列に配線された多数のセルを含んでいます。

関係はそれだけです。この2つの製品は2つの業界によって製造されています。

当社Ooitechは パネル生産ライン を5 MWから1.2 GWまで供給しています。拡散炉、PECVDシステム、スクリーン印刷機は製造していません。セル工場を建設するのであれば、私に聞くのは間違いです。

セル製造が終わる場所

セル製造はポリシリコンから始まり、テスト済みセルの箱で終わります。おおよそ5つのステップです。

ポリシリコンを溶かし、多結晶インゴットに鋳造するか、チョクラルスキー法で単結晶インゴットに引き上げます。インゴットはウェハーにスライスされ、洗浄され、より多くの光を捕らえるためにテクスチャ加工されます。

モジュール組立前のバスバー付きハーフカット単結晶太陽電池セル

次にドーピングです。ホウ素とリンを拡散させてp-n接合を作り、短絡を防ぐためにウェハーエッジ周辺に形成される導電経路を除去します。次に反射防止コーティングが施され、通常はプラズマ強化化学気相成長法で堆積された窒化シリコンです。最後に、金属コンタクトが銀または銅ペーストでスクリーン印刷され、焼成されます。

それが終わるとセルができます。テストされ、電流値で選別され、梱包され、販売されます。これがある産業の終わりです。

商用PVセルの約95%は結晶シリコンで、残りは主にテルル化カドミウム薄膜です。セル製造は資本集約的で、少数の大規模プレイヤーが支配しています。Al-BSFからPERCへ、PERCからTOPConへの各世代交代は、同じ集中したメーカーグループによって推進されました。PERCだけでも、旧来のAl-BSF構造より約12%多くのエネルギー出力を追加しました。

パネル製造が始まる場所

コンベア上のモジュール組立ラインに供給されるグレーディング済み太陽電池セル

モジュール組立はセルの箱を受け取り、製品に変えます。6つのステーションが順に並びます。

ハーフカットやシングルドフォーマット用にセルをサイズに切断するレーザーから始まります。レーザーの設定が熱すぎるとセルエッジが損傷し、残るマイクロクラックはエレクトロルミネッセンスまで見えません。その時点でモジュールはすでに密封されています。次にストリンガーが各セルにリボンにはんだ付けし、直列ストリングに接続します。当社のAM050FHではセル範囲は161 mmから230 mm、セル破損率は0.2%未満、はんだ付け歩留まりは95%以上です。どちらの欠陥も下流工程では修正できません。ラミネーターに入ったひび割れたセルは、手直しではなくスクラップとして出てきます。

太陽電池セルに銅リボンを配置するはんだ付けヘッド

モジュール工場の自動太陽電池セルタバーストリンガー機

レイアップはスタックが組み合わされる場所です。ストリングをガラス上に配置し、上下に封止材（EVA）、上にバックシートを重ねます。次にラミネーターが真空引きし、圧力を加え、EVAが架橋して1つの密封ユニットになるまでスタックを約150 °Cに保ちます。この温度ウィンドウは設備のパンフレットが示唆するより狭く、冷たい角のあるプラテンは未硬化の封止材を残し、数年後に層間剥離を引き起こします。 ラミネーター自体 にそのリスクのほとんどが存在します。フレーミング、ジャンクションボックス、最終テストでモジュールが完成し、2つのテストゲートはラインの最後ではなくインラインに属します。完成モジュールのみをテストする工場は、すべてのストリンギング欠陥を手直しできない製品にラミネートしてしまっています。

はんだ付けされたセルストリングのエレクトロルミネッセンス検査

そのリストのすべての機械は、セルの名前が付いたものを含め、モジュールラインに存在します。

セル側は別途、当社の TOPCon太陽電池セル製造工程ガイド.

で詳述しています。

これを間違えると、資本計画が桁違いに変わります。

セル工場には高温炉、真空蒸着、クリーンルームクラスの環境が必要です。モジュール工場には産業用ホール、中程度の電力、そして数か月で訓練できる技術チームが必要です。同じ公称出力でも、投資額はおよそ桁違いに異なります。その差は、借りる建物、申請する電力接続、許認可、雇用するスキル、そして最初の販売可能なモジュールが門を出るまでの待ち時間に現れます。間違った方を予算計上した購入者は、展開できない資本を過剰に調達するか、あるいは調達不足で、殻だけで設備のない建物の途中で頓挫します。

第二の罠があります。サプライヤーは年間MWで見積もりますが、年間MWは一部ワット数計算です。1時間に24枚のモジュールを処理する機械を考えてみましょう。モジュールを275 Wで評価すると、年間およそ57 MWになります。同じモジュールを550 Wで評価すると、同じ機械が突然114 MWを生産します。チャンバー、ポンプ、サイクルのどれも変わっていません。見積もりを比較するときは、1時間あたりの販売可能モジュール数を尋ね、実際に製造する製品を使って自分でMWに換算してください。

世界の太陽光発電導入容量は2022年末までに約1,185 GWに達し、世界の電力の6%以上を供給しており、太陽光発電のコストは2010年以降約85%下落しました。このような成長は多くの新規参入者をモジュール組立に引き込み、だからこそ多くの初めての購入者がセルかパネルかという疑問に至るのです。

なぜ混乱が続くのか

95%という数字は、セル製造を広範な産業のように聞こえさせますが、実際には狭く集中した産業です。より大きな要因はもっと身近にあります。モジュールラインは一日中セルを購入し、扱い、切断し、検査するので、触れるものにちなんで設備を名付けるのは自然です。その習慣は、自分が何を売られているのかを理解しようとした瞬間に役に立たなくなります。

見積もりを比較する前に尋ねるべき4つのこと

2つの見積もりを比較する前に、これらを尋ねてください。

まずステーションリストを求めることから始めましょう。モジュールラインの見積もりにはストリンガー、レイアップ、ラミネーター、フレーミング、テスターが記載され—— 完全な手順はこちら ——セルラインの見積もりには炉、蒸着、印刷が記載されます。その一つの返答で通常は決着します。

そうでなければ、プロセスの開始時に何が投入されるかを尋ねてください。ウェーハならセル製造、完成セルの箱ならモジュール組立です。建物がどのようなものか尋ねてください——重電源を備えたクリーンルームクラスのホールはセル工場を示し、普通の産業用ホールはモジュールラインを示します。そして出力が何で測定されるかを尋ねてください。1時間あたりのモジュール数ならモジュールライン、1時間あたりのウェーハ数ならセルラインです。

最初の質問に明確に答えられないサプライヤーは、すでに答えています。

よくある質問

太陽光パネルは単に多くの太陽電池なのでしょうか？ 電気的には、はい——直列に60～72セル、またはハーフカット形式で144セルです。物理的には、別の工場で作られる別の製品です。セルは完成・選別された状態で届きます。モジュールラインの仕事は、それらを相互接続し、封止し、保護することです。

1社で両方を運営できますか？ 一部の大手メーカーは同一サイトで行っています。それらは別々の建物で別々の設備、通常は別々のチームであり、ほとんどのモジュールメーカーは専門のセルメーカーからセルを購入しています。

私のサプライヤーは「太陽電池機械」と見積もりました。どちらの工場用ですか？ プロセスを確認してください。リボンをはんだ付けしたり、ハーフカットレイアウト用にセルを切断したり、完成モジュールを検査したりするなら、モジュールライン設備です。

どちらがより収益性が高いですか？ 私が見る数字ではモジュール組立ですが、その優位性は資本差が示唆するよりも薄いものです。モジュールラインは資本が少なくて済み、数か月で生産に達するため、複数の工場が同じ注文を争い、マージンは厳しいままです。セル製造ははるかに多くの資本を必要とし、少数の所有者に支配されているため、価格はより安定しますが、大規模なバランスシートなしでは参入はほぼ不可能です。いずれにせよ、結果を決めるのは技術よりもずっと早く稼働率です。

セル効率は私のモジュールが到達できる性能を制限しますか？ はい、そしてその上限はセルがあなたの手に届く前に固定されています。モジュールラインはセル効率を維持することも、マイクロクラック、冷はんだ接合、完全に架橋しなかったEVAによって失うこともあります。セルが持っていなかった効率を加えることはできません。モジュールラインは、自らが生み出していない上限を保護するのです。

私の見積もりは年間MWです。それは比較可能ですか？ 両方の見積もりが同じモジュールワット数と同じ稼働率の前提を使用している場合のみです。まず1時間あたりの販売可能モジュール数に換算し、それから自分の製品のワット数を適用してください。

次にすべきこと

次に問い合わせを送るときは、先頭に一行入れてください：各ステーションのサイクルタイムを含む完全なステーションリストを記載してください。それを持っているサプライヤーは2分で送ってきます。持っていないサプライヤーは代わりに年間MWの数字を送ってきます。

参考文献と背景データ

このトピックに関する公開参考資料で、業界の技術ロードマップと市場データを維持する組織によって発行されています：

• VDMA — 太陽光発電国際技術ロードマップ（ITRPV）
• pv magazine — 世界のPV業界ニュースと技術情報
• Fraunhofer ISE — 太陽光発電レポート