太陽電池ウェーハサイズの進化の歴史

製品紹介

太陽電池ウェーハの開発を追ってきた方なら、太陽電池ウェーハの辺の長さが100mmから125mm、そして156mmへと成長し、現在の210mmにまで達したことをご存知でしょう。

太陽光発電産業が成熟するにつれて、ウェーハサイズが大きくなり続けていることがはっきりとわかります。では、より大きなウェーハサイズは太陽光発電産業チェーン全体にどのような影響を与えるのでしょうか？また、これらのサイズ変更は実際に何に基づいているのでしょうか？

太陽光発電産業チェーンへの影響

1) ウェーハメーカー

より大きなウェーハサイズは、ウェーハ企業がシリコン材料、結晶引き上げ、スライシングという3つの主要コストを削減するのに役立ちます。

ウェーハ製造の主要設備（単結晶炉やスライシングマシンなど）は通常、「1時間あたりのバッチ数」または「1機械シフトあたりのスライス数」で測定されます。サイズが大きいほど、1炉または1台の機械で1回の運転あたりに生産されるウェーハ数が多くなります。例えば、210mmウェーハの面積は156mmウェーハの約1.82倍であるため、スライシング歩留まりが同じであれば、1台のスライシングマシンの1時間あたりの生産量は80%以上増加する可能性があります。

設備減価償却、エネルギー消費、人件費などの固定費がより大きなウェーハ面積に分散されるため、ウェーハ1枚あたりの非シリコンコスト（電気代や材料費など）は顕著に低下します。業界データによると、156mmから210mmへのアップグレードにより、ウェーハ段階の非シリコンコストを約20%〜30%削減できます。

2) セルメーカー

より大きなウェーハはセルの「エッジ損失」を低減します。ウェーハ面積が大きいほど、無効なエッジ領域の割合が低くなるためです。

セル生産の「ライン速度」は基本的に固定されているため（PECVDやスクリーン印刷のサイクルタイムなど）、サイズが大きいほど単一生産ラインのセル生産量が比例して増加し、セルあたりの銀ペースト、ターゲット、その他の材料の消耗品コストが低下します。例えば、210mmセルの銀ペースト消費量は182mmセルの約1.3倍ですが、面積は1.82倍大きいため、1ワットあたりの銀ペーストコストは実際には約28%低下します。

3) モジュールメーカー

より大きなウェーハから作られたセルはモジュールサイズを大きくし、モジュールメーカーがパッケージングコストを削減し、より高い電力密度を達成することを可能にします。

モジュールパッケージングの主要コストは、ガラス、封止材フィルム、フレーム、ジャンクションボックスなどの補助材料と、ストリングやラミネーションなどのプロセスの人件費と設備費です。サイズが大きいほど、1ワットあたりの補助材料の使用量が少なくなり、1ワットあたりの人件費も削減されます。

4) 発電所投資家

大型モジュールはより高い電力密度を提供できます（例えば、210Rセルモジュールは600W+に達し、210セルから作られた700W+モジュールはすでに量産されています）。これにより、必要なモジュール数、架台の量、ケーブル長が削減され、発電所投資家のコストを間接的に削減します。

ウェーハサイズの継続的な成長は、本質的にウェーハメーカー、セル検査、モジュールメーカー、発電所投資家など多くの関係者による「コスト削減と効率向上」の協力的なアップグレードです。生産単位サイズを拡大し、単位コストを下げることで、その恩恵はチェーンを下って下流のプレーヤーに渡されます。

技術パラメータ

技术优势

• より大きなウェーハは、製造段階でのシリコン材料、結晶引き上げ、スライスコストを低減します

• 156mmから210mmへの移行により、単一のスライス機の時間当たりの生産量は80%以上向上します

• 156mmから210mmへのアップグレードにより、ウェーハ段階の非シリコンコストは約20%〜30%削減できます

• エッジ損失の低減と、1ワットあたりの銀ペーストコストの削減（210mmセルで約28%低減）

• 高電力密度モジュールにより、必要なモジュール数、架台構造、ケーブル長が削減されます

製品応用

PVウェーハ開発の歴史

太陽光発電ウェーハはもともと半導体の単結晶材料に由来するため、PV業界は長い間、半導体ウェーハサイズの6インチと8インチ（直径）に従ってきました。これは、辺の長さでいわゆる5インチウェーハ（125mm）と6インチウェーハ（156mm）に相当します。

PV業界の成長とウェーハ・セルの需要増加に伴い、国内の結晶引き上げ、スライス、セル生産設備の進歩により、5インチウェーハ（125mm）は徐々にPVチェーンから姿を消しました。2012年以降、1、2社の特殊なセルメーカーを除いて、125mmウェーハは基本的に市場から段階的に廃止されました。

その後、156mm（8インチ結晶成長）ウェーハが主流サイズになりました。その後、業界は8インチ結晶成長プラットフォームでの小幅な拡大を試み始めました。2013年末、中環と隆基を含む5社が共同でM1（156.75-φ205mm）とM2（156.75-φ210mm）ウェーハ規格を発表しました。モジュールサイズを変更せずに、M2はウェーハ面積を（2.2%）増やし、モジュール出力を5W以上向上させ、すぐに業界の主流となり、数年間安定しました。

その後数年間、主要なウェーハメーカーはM1とM2を基に技術アップグレードを使用して、ウェーハの辺の長さを158.75、161.7、166mmなどのサイズに引き上げ続けました。158.75mmウェーハの利点は、既存の全内部能力を低コストで技術改修によりアップグレードできることです。非常に古いセル工場でも、1GWの改修コストは許容範囲内に留まりました。

166.00mmウェーハの利点は、その面積がM2より12.22%大きいことであり、このウェーハを使用した72型モジュールは420-430Wに達する可能性があります。同時に、このサイズは既存設備の容量限界に近いが超えておらず、改造コストは管理可能な範囲に留まりました。

156mmから166mmまで、この段階のすべてのメーカーは、既存の8インチ結晶成長プラットフォーム上での技術アップグレードを通じてウェーハ面積を拡大していました。

2019年8月、中環は飛躍的な進歩を遂げ、210mmの辺長を持つG12単結晶ウェーハを発表し、半導体ウェーハのサイズ仕様を直接PVに適用しました。目標は、より大きなウェーハを通じてモジュール出力の飛躍的な向上と製造コストのさらなる削減を達成することでした。しかし当時、210ウェーハはPVチェーンにおいて上流・下流の産業支援がほとんどなく、業界の大半は210に対して懐疑的でした。

2019年、210ウェーハの最も初期の採用者である天合と中環は、次世代の新しいモジュール製品を発表しました。210ウェーハの50バージョンに基づき、最大出力は500Wに達し、これはPV業界初の500W製品でもありました。当時のPVガラス仕様の制約により、モジュールは6列のセルにすることができず、奇数の5列のみ可能で、奇数列のレイアウトはモジュールがフライワイヤー設計を使用する必要があることを意味しました。また、当時のインバーター電流の制約により、セルは業界で主流のハーフカットを使用できず、サードカットのみ可能でした。

中環の210辺長ウェーハの発表と、210モジュールが500W+の出力に達する利点により、2019年末までに、晶科、晶澳、隆基に代表されるモジュールリーダーは深く考え込むことになりました。一方で、これらの企業は500Wモジュールの影響に対抗する製品を望んでいましたが、他方で、奇数列やサードカット設計の製品を作りたくありませんでした。

そのため、これら3社は210を選択せず、伝統的な偶数6列のセルレイアウトを使用して500W+製品を達成することを偶然にも考えました。実際、当初は3社の仕様は同じではありませんでした。晶科と晶澳は2020年第1四半期末に180mmのウェーハサイズにほぼ決定しましたが、隆基は当初17Xのサイズを決定しました。コミュニケーションと交渉の後、3社は最終的にサイズを182mmに統一し、2020年6月に、これら3つのリーディングカンパニーは業界の他の7つのメーカーとともに、182mm仕様に基づくM10単結晶ウェーハを共同で発表しました。

現在使用されている183.75*182.2のセルサイズは、182mmの技術基盤に基づいています。以前の156mmの辺長が158.75まで拡大されたのと同様に、モジュールサイズを変えずに技術アップグレードによってセル面積を拡大し、発電効率を向上させています。

182mm辺長ウェーハの論理は、210mm辺長の飛躍的導入とは異なります。182は、業界の既存の境界条件に基づく逆算の論理で生まれました。主な境界条件は、輸送コンテナの高さとガラス窯の幅でした。この2点により、モジュール幅の上限は1133〜1134mmに決まり、6列セル配置の場合、セルサイズは182mmになります。

一方で、182モジュールの出力は、以前の50バージョンの210モジュールよりも高くなっています。さらに重要なのは、182モジュールが成熟した6列配置と2カットセルの技術ソリューションを完全に継承しており、製品性能が優れ、上流・下流のサプライチェーンも成熟していることです。当時の業界の思考ロジックでは、210は6列セル配置にできませんでした。ガラス窯が対応せず、コンテナも対応しなかったからです。210は失敗するソリューションになりそうに見えました。

しかし、210陣営のリーダーであるTrinaは、多くの業界関係者の固定観念を打ち破り、従来の設計ロジックを覆し、6列セル配置と2カットセルに基づく60セル210モジュール製品を迅速に発表しました。モジュール出力は最大600Wに達します（サイズは2172*1303のモジュール）。

Trinaの考えは次の通りです。コンテナが6列210モジュールの2層側面配置に対応しないなら、モジュールをコンテナ内に縦置きすればよい。ガラス窯が対応しないなら、ガラス工場と協力して生産ラインをアップグレードすればよい。2カット210セルの電流が高すぎてインバーターに対応しないなら、インバーターメーカーと協力して新世代の製品を開発すればよい。2020年下半期には、Trinaはメーカーグループを率いて600W+産業アライアンスを設立し、210産業チェーン全体の協調推進を目指しました。

210モジュールの6ストリングバージョンは幅が1303mmに達し、コンテナ内に縦置きするしかありませんでした。縦置きは一部のシナリオで問題を引き起こし、多くの顧客はこの方法を好みませんでした。この問題に直面し、2022年半ばにTrinaは大胆に長方形ウェーハソリューションを提案し、182mmを発表しました。210mm角型ウェーハ。角型ウェーハをベースにしたモジュールは幅1134mmで、従来の182モジュールの幅と一致し、長さは238Xです。その後2023年には、晶科能源（Jinko）、晶澳科技（JA Solar）、隆基（Longi）を含む9社の大手企業が共同で角型ウェーハモジュールのサイズを発表し、2382と確認されました。1134.

2382*1134サイズのモジュールについては、テキストをクリックして過去の記事をご覧ください：なぜ2382*1134がモジュールの黄金サイズなのか？

現在の2026年において、数年にわたるサイズ論争を経て、太陽光発電業界には現在3つの主流ウェーハ仕様があります：183.75182.2mm、210182.2mm、および210210mm。その中で、183.75182.2mmウェーハは、182シリーズの先進版として、既存の生産能力という利点があります；210182.2mmウェーハから作られるモジュールは黄金サイズと呼ばれ、太陽光発電輸出における輸送コストが低く、182シリーズのモジュール生産ラインと互換性があります；210210mmウェーハの市場シェアも徐々に上昇しています。

Ooitechの見解

Ooitechは次のように考えています：太陽光発電ウェーハサイズの100mmから210mmへの進化は、根本的には業界チェーン全体の協力的なアップグレードであり、生産単位をスケールアップしてユニットコストを引き下げ、その恩恵を下流に還元するものです。