TOPCon対PERCのLCA：唯一の環境トレードオフ
目次
簡単な回答： TOPConとPERCを比較するライフサイクル評価では、銀を除くほぼすべての環境指標でTOPConが優れていることが分かった。両アーキテクチャはプロセスチェーンをほぼ同じくするため、違いは裏面に追加されるものと、それに要する材料コストに集中する。TOPConの優位性はウェハーあたりの効率が高いことに由来し、ポリシリコンとウェハー加工の上流影響をより多くのワット数に分散させる。例外は銀である。メタライゼーション用ペーストは、その質量をはるかに超えるライフサイクル影響シェアを占める。研究の数値では、わずかな質量割合の寄与が9.6%および同程度の水準に達する一方、他のプロセスレベルの削減は26%、41%、78%に達する。2030年代半ばまでの予測では、ITRPVの見通しの下で銀の使用強度は年間約10%低下すると期待されている。このトレードオフは小さいが現実のものであり、それが今や銀削減が主要な話題となっている理由である。
PV モジュール製造 · Jerry、Ooitech 著
製品紹介
TOPCon ほぼすべての領域でPERCを上回るが、シルバーは除く
最近の生産ラインアップグレード会議で、同じ質問が何度も出ました。PERCラインをTOPConに転換した場合、カーボン会計は本当に意味があるのか？
最近のライフサイクル評価が明確な定量的答えを示しています。 シリコン太陽光発電製造による環境節減を2035年まで最大化する（掲載誌： Nature Communications 17, 2311 (2026)、DOI: 10.1038/s41467-026-69165-x）によると、TOPConは以下においてPERCよりも優れた性能を発揮します。 16の環境影響カテゴリのうち15で。カーボンフットプリントは約 6.5% per Wp削減されますが、その代償は 金属資源使用量の15.2%増加であり、主に両面銀ペーストによる銀消費量の増加によるものです。
簡単な生産現場の言葉で言えば、TOPConはほとんどの指標でPERCよりクリーンですが、銀だけは依然として劣る点です。
図1の正規化棒グラフはメッセージを非常に直接的に示しています。銀関連の金属資源使用が唯一の明らかなマイナス項目であり、その他のほとんどの環境指標は改善しています。
技術パラメータ
ベースラインシナリオからの主要なLCA数値
研究のベースラインシナリオは、中国で製造され中央ヨーロッパに輸送されるモジュールに基づいており、2023年の技術前提を使用しています。TOPConアップグレードを評価する製造業者や投資家にとって、いくつかの数値は特に重要です。
| 指標 | TOPConの結果／知見 | 比較または意味 |
|---|---|---|
| 気候変動影響 | 欧州製造で0.40 kg CO₂-eq/Wp、中国平均で0.73、インドで0.95 | 同一の境界条件下でTOPConはPERCより約6.5%低い |
| 金属資源使用量 | TOPConは15.2%高い | 主に両面銀ペーストによるもの。PERCの裏面はAg + Alを使用 |
| その他14の環境カテゴリ | 概ね2～10%削減 | 淡水富栄養化、粒子状物質、光化学オゾン生成、化石資源使用などを含む |
| 支配的な製造段階 | ウェーハ段階が16指標中12を占める | シリコン精製の電力が最大のホットスポット |
| ウェーハ電力の寄与 | モジュールの気候影響全体の89.9% | ポリシリコンおよびウェーハ製造に使用される電力の炭素強度が決定的 |
| メタライゼーションの寄与 | モジュールレベルの金属資源影響の53% | セル段階内では、メタライゼーションが金属資源影響の98.3%を占める |
環境コストは実際どこから来るのか
図2はTOPConモジュールをウェーハ、セル、モジュール、輸送の各段階に分割している。結果は、セルラインの最適化のみに注目する者にとってあまり好意的ではない。最大の環境ホットスポットはTOPConセルプロセス自体ではなく、上流のシリコンおよびウェーハ段階である。
シリコン精製の電力がウェーハ段階の影響の 85%以上を占め、ウェーハ電力がモジュールの気候影響全体の 89.9% を占める。言い換えれば、パッシベーションが優れておりペースト消費を限界まで抑えても、ポリシリコンとウェーハが石炭依存の電力で製造されれば、炭素結果は依然として悪くなり得る。
セル段階内で唯一の真の問題児は銀である。メタライゼーションはモジュール全体レベルで金属資源指標の 53% を占め、セル段階内では 98.3% を占める。これは銅メッキ、バスバー削減、マルチバスバー最適化、銀削減技術の方向性を強く支持する。
技術的優位性
TOPConが実際に改善するもの
LCAの観点から見ると、TOPConの優位性は単に高効率を謳うマーケティング上の話ではありません。変換効率が高いほどワットあたりの材料使用量が減り、システム境界をWpあたりで計算した場合、ほとんどの環境指標が改善されます。
ワットあたりの炭素フットプリント削減： 同一の製造・輸送前提の下で、TOPConはPERCと比較して気候変動への影響を約6.5%削減します。
ほとんどの影響カテゴリで優れた性能： 16の環境指標のうち15が改善されており、そのメリットは単一の炭素指標に限定されず広範に及ぶことを意味します。
効率主導の材料節約： モジュール効率の向上により、ワットあたりのガラス、 封止材, バックシート、フレーム、その他の面積関連材料の負担が軽減されます。
明確なプロセス改善の方向性： 銀の問題は集中的かつ測定可能であるため、銅メッキ、ファインライン印刷、バスバー設計、ペースト削減によって的を絞りやすくなっています。
将来の脱炭素化との高い親和性： 電力網がクリーンになるにつれて、TOPConの製造フットプリントはさらに低下する可能性があり、特にウェハー生産が低炭素電力に接続された場合に顕著です。
銀の問題は無視できない
TOPConの両面銀メタライゼーションは、金属資源使用において測定可能なペナルティをもたらします。これは全体的なLCAの優位性を覆すものではありませんが、生産エンジニアの優先順位リストを変えるものです。
TOPConにとって、銀の削減はコストの問題だけではありません。それは環境上のボトルネックでもあります。業界がTOPConの環境上の優位性を保ちながら大規模に拡大したいのであれば、ワットあたりの銀グラム数を削減することはもはや任意ではありません。
製品応用
製造拠点と電力網の脱炭素化は多くの人が予想する以上に重要
この研究は2023年から2035年までのインド、中国、アメリカ、ヨーロッパを比較し、ITRPV技術進歩とEIA低・ゼロ炭素コストシナリオ下での電力網脱炭素化という2つの主要変数を考慮しています。
覚えておく価値のあるいくつかの結果：
| シナリオ | 気候影響 / 削減 | 実用的な意味 |
|---|---|---|
| 2023年ヨーロッパ製造 | 0.40 kg CO₂-eq/Wp | 研究で比較された地域の中で最低 |
| 2023年中国平均 | 0.73 kg CO₂-eq/Wp | 中間的な結果で、電力構成の影響を強く受ける |
| 2023年インド製造 | 0.95 kg CO₂-eq/Wp | 記載されたベースライン地域の中で最高 |
| 2035年までの技術進歩のみ | 平均約0.10 kg/Wpの削減 | 効率改善、銀の削減、シリコンの節約は役立つが、それだけでは十分ではない |
| 技術と電力網の脱炭素化 | 2035年までに製造側で8.2 Gt CO₂-eqの削減ポテンシャル | 最大の削減は主にクリーンな電力と製造立地の選択による |
8.2 Gtの削減ポテンシャルは非常に大きく、約 2019年の世界の人為的排出量の13.9%に相当。さらに重要なのは、この削減のほとんどが電力の脱炭素化によるものであり、単にセル構造を変えることによるものではない。
サブグリッド間の差は国ラベルより大きくなり得る
非常に重要な結論は、「Made in China」だけではカーボンフットプリントを定義できないということである。中国国内で、炭素強度が最も高いサブグリッドと最も低いサブグリッドを比較すると、TOPCon製造の排出量は 0.32～0.58 kg CO₂-eq/Wpの範囲になり得る。このばらつきは、中国平均と欧州の参照ケースとの差よりも大きくなり得る。
つまり、雲南省で水力発電により製造されたウェハーと、内モンゴルで石炭依存の電力により製造されたウェハーは、同じ炭素製品として扱うべきではない。カーボン会計を行うバイヤー、デベロッパー、メーカーにとって、地域の電力構成はラベルに記載された国名よりも重要である。
この研究はまた、石炭が16のTOPCon製造指標のうち12で正の影響寄与を持つことを示している。石炭シェアが5%増加すると、気候指標は約4.8%上昇する。水力発電は16の指標すべてを低減し、原子力発電は主に電離放射線カテゴリを増加させるが、その他ほとんどの指標では安定している。
どの生産レバーを注視すべきか？
図8の感度分析では、いくつかのプロセスレバーを分離し、2023年のベースラインと比較しています。この結果は、どの改善がモジュールレベルで意味を持ち、どの改善が局所的にしか魅力的でないかを示すため、実際の工場の意思決定に役立ちます。
| レバー | 前提 | 主な影響 | コメント |
|---|---|---|---|
| 効率改善 | ITRPV 2034トレンドによるとPERC +12.6%、TOPCon +15.9% | 指標全体にわたる広範な比例削減 | 効率が向上するにつれて、Wpあたりの面積関連材料消費量が減少する |
| 銀消費量を5 mg/Wに削減 | TOPConの銀使用量を約78%削減 | 金属資源使用量を約41%削減 | 金属資源への影響には非常に強いが、他のカテゴリへの影響は限定的 |
| ウェハ電力を26%削減 | より薄いウェハと低いエネルギー需要と連動 | 気候への影響を9.6%以上削減 | ウェハ工程が支配的なため、プロセス側で最も強力なレバー |
| シランを14.4%削減 | 強化されたICP-PECVD成膜 | モジュールレベルの影響削減は0.3%未満 | セル工程の化学物質は、セル工程全体の比重が低いため重要度が低い |
見落としがちな点が一つあります。シランを14%削減すると魅力的に聞こえますが、モジュールレベルの環境改善は0.3%未満です。理由は単純です。完全なモジュールLCAにおいて、セル工程は支配的な寄与要因ではありません。少量のプロセスガスを節約するよりも、ウェハ電力の節約の方がはるかに重要です。
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TOPConライン計画のための実践的なポイント
PERCからTOPConへのアップグレードを計画しているメーカーにとって、このLCAは明確なシグナルを送っています。TOPConはほとんどのカテゴリで環境的に優れていますが、銀とウェハ電力は真剣に管理する必要があります。
生産側で最も重要な優先事項は次のとおりです。
ペースト最適化、ファインライン印刷、バスバー設計、代替メタライゼーション経路を通じて、ワットあたりの銀消費量を削減する。
セルラインのエネルギー消費だけでなく、ウェハとポリシリコンの電力源を追跡する。
特に大規模製造国において、系統電力ミックスを重要なカーボン会計変数として扱う。
ワットあたりの面積関連材料使用量を削減するため、効率改善を優先してください。
上流のウェハーエネルギーが依然として支配的な場合、小さなセルプロセスの化学物質削減によるモジュールレベルの便益を過大評価しないでください。
Ooitechの見解
モジュール製造ラインに近い立場で仕事をする設備サプライヤーとして、私たちは次のように考えています。TOPConの環境上の優位性は、単一のセルプロセス工程よりも、効率、銀消費量、上流のウェハーエネルギーの複合的な管理によって決まるでしょう。工場のアップグレードにおいて、実用的な問いは単に「PERCかTOPConか」ではなく、新しいラインが当初から低い銀使用量、安定した高効率、透明なサプライチェーンの炭素データを備えて設計されているかどうかです。ここで、生産設備の計画とプロセス規律が、単なる能力拡張の一部ではなく、炭素戦略の一部となるのです。
