太陽電池ウェハ：100mmから210mmへの進化

簡単な回答： 太陽電池ウェーハは、100 mmおよび125 mmの辺長から156 mmを経て、今日の182 mmおよび210 mmフォーマットへと成長してきました。各ステップは同じ算術によって推進されました。より大きなウェーハはセルあたりより多くのワット数を生み出し、より大きなセルはモジュールあたりのセル数、はんだ接合部、ハンドリング工程を削減し、ウェーハ自体のコストが高くてもワットあたりのコストを下げます。この移行は決してウェーハだけの話ではありませんでした。210 mmへの移行は、ストリンガーのハンドリング、リボン長、ラミネータチャンバーサイズ、輸送梱包の変更を余儀なくし、モジュール出力をおよそ400 Wから600 W以上へと押し上げました。設備を選定する工場にとって実用的な問題は、あなたのラインをどのフォーマットを中心に構築すべきかです。なぜなら、あるフォーマットファミリー向けに指定されたストリンガーは、自動的に次のフォーマット向けに再指定できるものではないからです。

PV モジュール製造 · Jerry、Ooitech 著

製品紹介

太陽電池ウェハの発展を追ってきた方ならご存じでしょうが、ソーラーウェハの辺長は100mmから125mm、そして156mmへと成長し、今日の210mmにまで至っています。

太陽光産業が成熟するにつれて、ウェハサイズがどんどん大きくなっていることがはっきりとわかります。では、ウェハサイズが大きくなることで太陽光産業チェーン全体にどのような影響が及ぶのでしょうか？そして、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？

太陽光産業チェーンへの影響

1) ウェハメーカー

ウェハサイズの大型化は、ウェ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。

ウェハ製造の核心設備（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回の炉または1台のマシンでより多くのウェハを生産できます。例えば、210mmウェハの面積は156mm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時間あたりの生産量は80%以上増加します。

設備減価償却、エネルギー消費、人件費などの固定費は、より大きなウェハ面積に分散されるため、ウェハあたりの非シリコンコスト（電気や材料など）が著しく低下します。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

ウェハが大きくなると、セルの「エッジ損失」が減少します。ウェ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）、サイズが大きくなると1本の生産ラインのセル出力が比例して増加し、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倍であるため、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

より大きなウェハーから作られたセルはモジュールサイズの拡大を余儀なくさせ、それによりモジュールメーカーはパッケージングコストを削減し、より高い電力密度を実現できます。

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工程における人件費および設備費です。サイズが大きいほど、ワットあたりの補助材料使用量が減り、ワットあたりの人件費も削減されます。

4) 発電所投資家

より大きなモジュールは、より高い電力密度を実現できます（例えば、210Rセルモジュールは600W+に達しており、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、発電所に必要なモジュール数、架台構造の量、ケーブル長が削減され、間接的に発電所投資家のコストが下がります。

ウェハーサイズの継続的な拡大は、本質的にウェハーメーカー、セルテスター、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」の協調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通じて下流のプレイヤーに還元されます。

技術パラメータ

技術的優位性

• 大口径ウェーハは、製造段階におけるシリコン材料、結晶引き上げ、スライシングのコストを低減します

• 156mmから210mmに移行すると、1台のスライシングマシンの時間当たり生産量を80%以上向上させることができます

• 156mmから210mmにアップグレードすると、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

• エッジ損失の低減とワット当たりの銀ペーストコストの削減（210mmセルでは約28%低減）

• 高電力密度モジュールは、必要なモジュール数、架台構造、ケーブル長を削減します

製品応用

PVウェーハ開発の歴史

太陽光発電用ウェーハはもともと半導体の単結晶材料に由来していたため、PV業界は長らく半導体ウェーハのサイズである6インチと8インチ（直径）に従い、辺長でいういわゆる5インチウェーハ（125mm）と6インチウェーハ（156mm）に対応していました。

PV業界が成長し、ウェーハとセルの需要が増加するにつれ、また国内の結晶引き上げ、スライシング、セル生産設備の進歩に伴い、5インチウェーハ（125mm）は徐々にPVチェーンから撤退しました。2012年以降、1、2社の特殊なセルメーカーを除き、125mmウェーハは基本的に市場から淘汰されました。

その後、156mm（8インチ結晶成長）ウェーハが主流サイズとなりました。その後、業界は8インチ結晶成長プラットフォーム上での小幅な増加を試み始めました。2013年末、中環や隆基を含む5社が共同でM1（156.75-φ205mm）および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することなく、M2はウェーハ面積を（2.2%）増加させ、モジュール出力を5W以上向上させ、急速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を基盤とした技術アップグレードにより、ウェーハの辺長を158.75、161.7、166mmなどのサイズへと引き上げ続けました。158.75mmウェーハの利点は、既存のすべての内部生産能力を低コストの技術改造によってアップグレードできることです。非常に古いセル工場であっても、1GWの改造コストは許容範囲内に収まりました。

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タイプのモジュールは420～430Wに達することができました。同時に、このサイズは既存設備の能力限界に近いもののそれを超えていなかったため、改造コストは抑制可能なままでした。

156mmから166mmへと、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、中環は飛躍を遂げ、辺長210mmの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によってモジュール出力の飛躍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・下流の産業サポートがほとんどなく、業界の大半は210に対して懐疑的でした。

2019年、210ウェーハを最も早く採用したTrinaと中環は、次世代の新型モジュール製品を発表しました。210ウェーハの50版に基づき、最大出力は500Wに達し、これもPV業界初の500W製品でした。当時のPVガラス仕様に制限され、モジュールは6列のセルにすることができず、奇数の5列しか作れず、奇数列のレイアウトはモジュールがフライワイヤ設計を使わざるを得ないことを意味しました。また当時のインバータ電流に制限され、セルは業界で主流だったハーフカットを使用できず、サードカットしか作れませんでした。

中環の辺長210ウェーハの発表と、210モジュールが500W+出力に達することができるという優位性により、2019年末までに、Jinko、JA Solar、Longiに代表されるモジュール大手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、他方で奇数列とサードカット設計の製品を作りたくはありませんでした。

そこでこれら3社は210を選ばず、いずれも偶然にも従来の偶数6列セルレイアウトを用いて500W+製品を実現することを考えました。実際には、当初3社の仕様は同じではありませんでした。JinkoとJA Solarは2020年第1四半期末に概ね180mmのウェーハサイズに落ち着き、Longiは当初17Xのサイズを決定しました。協議と交渉を経て、3社は最終的にサイズを182mmに統一し、2020年6月に3社のリーディングカンパニーが業界の他の7社とともに、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。ちょうど以前の156mmの辺長が158.75まで増え続けたように、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。

182辺長ウェハの論理は、210辺長の飛躍的な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によって生み出されました。主な境界条件は、輸送コンテナの高さとガラス炉の幅でした。この2点が、モジュール幅の上限が1133～1134mmの間であることを決定し、それによって6列セルレイアウトの場合のセルサイズが182mmとなります。

一方で、182モジュールの出力は以前の50版210モジュールよりも高いです。さらに重要なことに、182モジュールは成熟した6列レイアウトと2分割セル技術ソリューションを完全に継続しており、製品性能がより良く、成熟した上流・下流のサプライチェーンが支えています。当時の業界の思考論理では、210は6列セルレイアウトにすることができませんでした。ガラス炉が対応していないし、コンテナも対応していないからです。210は失敗したソリューションになりそうでした。

しかし、210陣営のリーダーであるTrinaは、ほとんどの業界関係者の固定観念を打ち破り、従来の設計論理を覆し、6列セルレイアウトと2分割セルに基づく60セル210モジュール製品を迅速に投入し、モジュール出力は最大600W（サイズ2172*1303のモジュール）に達しました。

Trinaの考えはこうでした。もしコンテナが6列210モジュールの2層横置きに対応できないなら、モジュールをコンテナに縦置きすればよい。もしガラス炉が対応できないなら、ガラス工場と手を組んで生産ラインをアップグレードすればよい。もし2分割210セルの電流がインバータにとって高すぎるなら、インバータメーカーと協力して新世代製品を開発すればよい。2020年後半、Trinaは一連のメーカーを率いて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的推進を目指しました。

210モジュールの6ストリング版は幅1303mmに達し、コンテナには縦置きしかできませんでした。縦置きは一部のシナリオで一定の問題を引き起こし、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は大胆に矩形ウェハソリューションを提案し、182mmを投入しました。210mmの矩形ウェーハ。矩形ウェーハをベースにしたモジュールは、幅が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、Jinko、JA Solar、Longiを含む9つの大手企業が矩形ウェーハモジュールのサイズを共同で発表し、2382として確認されました。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？

2026年の今日、数年にわたるサイズ論争を経て、PV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シリーズの上位版として、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たモジュールは黄金サイズと呼ばれ、PV輸出において輸送コストが低く、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：PVウェーハサイズが100mmから210mmへと進化したことは、本質的に業界チェーン全体にわたる協調的なアップグレードであり、生産単位を拡大して単位コストを引き下げ、その恩恵を下流に還元することです。