太陽電池のメタライゼーション。実用化の現状、技術の現状、業界のロードマップ

シリコン太陽電池は、プリンテッドエレクトロニクスにとって世界的に最も重要な市場の一つである。これは、焼成したスクリーン印刷の銀ペーストをウェーハ1枚に少量ずつ搭載しているためだ。実際、世界最大の市場である。

下の図は、IndistryのロードマップITRPV 2022から、シリコン太陽電池の種類（モノフェーシャルp型、TOPCON n型、HJT n型など）に応じて、1ワットあたりのウェーハ（表裏とも）に使用される銀メタライズの量を示したものです。HJT n型では1GWあたり約25〜30トン、モノフェイシャルやバイフェイシャルでは約12〜14トンが使用されていることがわかる。PVの市場規模を考えると、100トン/年以上の市場規模に相当する。

下のグラフに示すように、他の技術がこの分野に少しでも食い込もうと長期的に試みているにもかかわらず、スクリーン印刷は依然としてメタライゼーションの主流技術となっています。長期的には、シード層へのメッキや孔版印刷など、他の技術もわずかながら足場を固めることが予想されますが、この話はもう何度も聞いたことがあるような気がします。

スクリーン印刷には様々な技術がある。シングルプリントとデュアルプリント（フィンガーとバスバーを2回に分けて印刷する）が一般的です。また、ダブルプリント（既に印刷されたスクリーン上に2層目を印刷し、アスペクト比を良くする）も人気があります。 二重印刷の利点は、フィンガーとバスバーに異なる種類のペーストを使用することができ、最適な結果を得られることです。

もちろん、高アスペクト比、高オーミックコンタクト、高導電性を維持しながら、スクリーン印刷の線幅を狭くする傾向も常にある。これは長年にわたる開発の方向性であった。現在、生産現場では、スクリーン印刷の線幅は34～35μm程度が一般的です。この線幅は、スクリーン印刷としては非常に狭いもので、技術の進歩につながります。

下のスライドでは、Fraunhofer ISE（2019年）が、線幅と高さがそれぞれ19umと18umのスクリーン印刷された指を実演している例を見ることができます。 これは、私の考えでは、最先端の技術であり、ステンレスメッシュのメーカーから、ペーストや粒子のメーカー、乳剤のメーカーなど、関係者の密接な連携が必要です。

プリンテッドエレクトロニクス産業にとって、非常に重要な市場です。 中国以外の主なパーティクルメーカーは、DOWA、エイムズ・ゴールドスミス、メタロー、テクニックの4社です。ペーストメーカーもヘレウス、デュポンなど多数あります。もちろん、市場が中国にある以上、サプライチェーンも中国に移行しており、中国のサプライヤーは技術力だけでなく、市場シェアも上がってきている。実際、彼らの粉体やペーストは、もはや最先端技術に大きく劣るものではない。

市場シェアを守るために、他社は粒子・粉体・ペーストの技術を進化させ、効率を落とさずに印刷線幅を狭くするロードマップを維持する必要がある。これが、技術開発を方向付ける指針の一つです。

最後に、フラウンホーファーISEは、世界の太陽光発電産業の状況について、非常に詳細で優れた年次報告書を発行しています。以下に示すように、世界の生産量はすでに140GW/年以上であり、その82%はアジアで生産されているという驚異的な数字となっています。

この産業規模を支えるためには、どのようなメタライゼーション技術であっても優れたスループットが要求されます。ITRPV 2022ロードマップでは、バックエンドのステップのスループットについても概説しています。それによると、現在のスクリーン印刷機は1時間当たり7000枚程度のウェーハ（180 x 182 mm2）を処理しています。これが10年後には、1時間あたり9000枚以上になると予想されています。これは、インクジェットのような非接触技術を含む代替プロセスが直面している課題の規模を示すために、ここに記載しました。 [This is automatically translated from English]