ヘテロ接合太陽電池は、PV 市場における最近の進歩であり、標準モジュールの一般的な欠点を解決しています。再結合を減らし、暑い気候でのパフォーマンスを向上させます。ヘテロ接合太陽電池についてさらに詳しく見ていきましょう。
ヘテロ接合太陽電池と技術
これらはシリコンヘテロ接合（SHJ）または真性薄膜ヘテロ接合（HIT）太陽電池パネルとも呼ばれます。これらは、高度な太陽光発電技術を用いたHJT太陽電池の一種です。
ヘテロ接合技術とは何かについて誤解しないでください。これらはN型単結晶シリコン基板上に構築され、その上に非ドープのアモルファスシリコン層（ia-Si:H）が配置されており、これにより効率と性能が向上します。
これらのセルは、次の 3 つの主要な材料で構成されています。
1. 結晶シリコン（c-Si）–従来の太陽電池パネルでは、ホモ接合型太陽電池を構築するために結晶シリコンが使用されています。結晶シリコンには多結晶シリコンと単結晶シリコンの2種類がありますが、純度と効率の点で優れているため、HJT太陽電池には単結晶シリコンのみが採用されています。
2. アモルファスシリコン（a-Si） –これらの太陽電池の主要構成要素は、密度欠陥を修復するために水素化され、水素化アモルファスシリコン（a-Si:H）が生成されます。この材料はドーピングが容易で、バンドギャップが大きくなっています。
3．酸化インジウムスズ（ITO） –研究者たちはより低価格な代替材料を模索しているものの、これらの太陽電池の透明導電性酸化物（TCO）層にはITOが選ばれている。ITOの反射率と導電性は、これらの太陽電池のコンタクト層および外装層として理想的である。
ヘテロ接合太陽電池の分類
ドーピングにより、これらの太陽電池は n 型セルと p 型セルに区別されます。
- N型セルはリンドープc-Siウェハを使用する これにより、負電荷を帯びるための追加の電子が提供され、ホウ素酸素による効率低下に対する耐性が高まります。
- ホウ素を添加したP型セル 宇宙放射線耐性があり、セルに正電荷を帯びる電子が 1 つ少ないため、宇宙用途に適しています。
ヘテロ接合太陽電池の動作原理
これらの太陽電池は、薄膜技術と従来の太陽光発電技術を組み合わせた3層の吸収材を使用しています。太陽光がこれらのパネルに到達すると、光起電力効果が発生し、光子が電気に変換されます。
HJT の主な作業プロセスは次のとおりです。
- 太陽光は電子を刺激する 吸収層のPN接合部で伝導帯に移動し、電子正孔対（eh）を形成します。
- Pドープ層に取り付けられた端子は刺激された電子を集め、 電気を生成します 負荷を通って流れます。
- 負荷を通過した後、電子はセルの背面接点に戻り、正孔と再結合して特定の eh ペアの手順を完了します。
このプロセスは、モジュールが発電するにつれて継続的に発生します。標準的なc-Si太陽電池モジュールは、電子と正孔が電流に寄与することなく再結合する表面再結合によって効率が制限されます。
HJTセルは、より大きなバンドギャップを持つa-Si:H層からなるパッシベーション半導体膜を用いることでこの問題を解決します。この層は電荷の流れを遅くし、再結合を防ぎます。このバッファ層は電荷の流入を十分に遅くすることで高電圧を供給すると同時に、電子が収集される前に再結合を防ぎ、効率を高めます。
光吸収過程において、3つの半導体層すべてが光子を吸収し、電気への変換を促進する。
- 最上層のアモルファス シリコン (a-Si:H) は、太陽光と反射光を収集して捕捉します。
- 中間層の結晶シリコン (c-Si) は非常に効率的で、光子を電気に変換します。
- 下部のアモルファス シリコン層 (a-Si:H) は残りの光子を変換し、全体的な効率を向上させます。
太陽光発電設備の設置費用が過去10年間で40%も下落したことをご存知ですか？この価格下落は、業界が新たな市場を開拓し、全国で数千ものシステムを設置するのに役立っています。
テクノロジーを組み合わせることで、ヘテロ接合セルは単独で捕捉できるよりも多くのエネルギーを活用でき、25% 以上の効率を達成できます。
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ヘテロ接合型ソーラーパネルの価格
現在の設計によれば、SHJモジュールのコストは0.48～0.56米ドル/Wであり、従来型モジュールの0.50米ドル/Wと比較して低い。
注：ヘテロ接合型太陽電池の価格は、市場の変動、ブランドの違い、地域的な要因により変動する場合があります。
ヘテロ接合技術の利点と欠点
ヘテロ接合ソーラー技術を実用規模の環境に応用すると、25 ～ 30% の効率が得られます。ただし、HJT の利点には、以下に挙げる欠点もあります。
| 優位性 | デメリット |
| より多くの太陽光を電気に変換することで、標準的な太陽電池よりも優れた性能を発揮します。 | 製造と統合には高度なスキルと特殊な設備が必要です。 |
| 高温でも効率的に性能低下を抑えます。 | 薄い構造のため、損傷を受けやすい。 |
| 暗い場所でも安定したパフォーマンスを発揮し、変化する気象条件にも最適です。 | 湿気の影響を受けやすいため、効率と寿命が低下します。 |
| 30% の効率と 92% の両面反射率で、大規模プロジェクトに最適です。 | 生産量の制限、複雑な技術、半導体の幅広い範囲により、価格が上昇し、入手可能性が低下する可能性があります。 |
| 必要な製造工程は 5 ～ 7 工程のみなので、生産コストが削減されます。 | 最近発売されたため、インストールとメンテナンスの経験は限られています。 |
トップヘテロ接合太陽電池メーカー
主要なヘテロ接合型太陽電池パネルメーカーは次のとおりです。
1.レック
REC GroupのAlpha Pureシリーズは、高度なヘテロ接合（HJT）セル技術を採用し、226ワット/m²から470ワットまでの電力密度を実現しています。REC Groupのモジュールは、ギャップレスセル配置、ツインデザイン、そして住宅用途に最適化された洗練された外観が特徴です。これらのパネルは、さまざまな条件下で理想的な電力供給を保証し、高い温度係数、優れた電流の流れ、そして迅速な投資回収を実現します。
また、 RECソーラーパネルのレビューもご覧ください。
2. ジンジー
24%を超える超高効率セルを備えた両面受光型N-HJT太陽電池モジュールを提供します。Jinergyモジュールは、9BBハーフカットの166セルで構成されており、様々な条件下で10%～35%の出力向上を実現します。低照度性能、低温度係数、劣化抑制を実現した、先進的かつコスト効率の高いセルおよびモジュール生産能力を提供します。
3. アコメ
AKCOME Optronicsは、両面受光率95%、最大変換効率26%を誇る最先端のHJT太陽電池およびモジュールを専門としています。PIDフリー、低温度係数、アンモニアフリーの排水で、厚さ100μmのシリコンスライスを製造することが可能です。
4. 上昇したエネルギー
同社のHyper-Ionモジュールシリーズは、超高両面受光率と特許取得済みのHyper-link相互接続技術により、出力電力を最大化します。Risen Energyのモジュールは、700～725Wpの出力電力と110～132セルの両面受光により、効率を22.8～23.3%最適化します。安定した電力温度係数、超低炭素排出量、そして強力な耐LID性能を提供します。
5. 華森
この中国を代表する産業企業は、超高効率のN型シリコンヘテロ接合（HJT）太陽電池ウェハ、セル、モジュールを提供しています。Huasun製品は、最大出力750W、最大効率24.16%のTOPCon両面太陽電池モジュールよりも年間発電量が3%向上しています。二重ガラス構造とEPEベースの封止材、PIBシーリングを採用することで、過酷な環境に適した防水性、耐火性、耐腐食性が向上しています。
ヘテロ接合パネルと両面パネル
どちらも表面再結合を低減し効率を向上させるためにパッシベーションコーティングを使用しており、構造的にいくつかの共通点がある。本質的な違いは、ヘテロ接合パネルは単面型または両面型として開発できるのに対し、両面型パネルはHJT以外の複数の基盤技術を統合できる点である。
次の表は、両面およびヘテロ接合 (HJT) 太陽光発電モジュールの重要な機能を比較したものです。
| 特性 | 両面モジュール | HJTモジュール |
| 光吸収 | 前面と背面の両方から光を吸収します。 | 層状構造により電子と正孔の対の分離が改善され、効率が向上します。 |
| 効率化 | 30%以上の効率を達成します。 | 最大26.7%の効率を達成します。 |
| 優位性 | 設計の柔軟性と適応性が向上しました。 | 変換効率の向上、温度耐性の改善、経時的な劣化速度の低下。 |
| チャレンジ | アルベドがパフォーマンスに一貫して影響を与えるため、最適な展開には正確なモデリングとシミュレーションが必要です。 | 複雑な製造プロセスと高い生産コストが、より広範な使用を妨げています。 |
どちらの太陽光発電技術も効率と性能を向上させ、明確な利点と課題をもたらすと同時に、太陽光発電の実用性と持続可能性を高めます。
ヘテロ接合型と従来の結晶シリコンパネルの比較
ヘテロ接合技術は、再結合を改善し、その他の欠点を修正することで、従来の c-Si パネルを進化させます。セル構造の小さな変更がモジュールの全体的なパフォーマンスにどのように影響するかを理解するために、2 つの技術を比較してみましょう。
| 特性 | ヘテロ接合 (HJT) | 単結晶（モノc-Si） | 多結晶（ポリc-Si） |
| 材料吸収層 | モノ c-Si および a-Si:H | モノc-Si | ポリシリコン |
| Structure | a-Si:H パッシベーション層で覆われたモノ c-Si ウェーハベース層 | モノc-Si pn接合 | ポリc-Si pn接合 |
| 寿命 | 創業30周年 | 25-30年 | |
| 温度係数（平均） | -0.21％/ºC | -0.446％/ºC | -0.387％/ºC |
| 最高記録の効率 | 26.7% | 25.4% | 24.4% |
| 市場占有率 | 5% | 36.0% | 54.9% |
| 価格帯 | $0.34/週 | 0.16ドル/週～0.46ドル/週 | $0.24/週 |
注：記載されている効率は、ブランドやモデルによって異なる場合があります。
結局のところ、ヘテロ接合太陽電池は多用途で効率性が高く、限られたスペースでの用途に最適です。これらのパネルは優れた性能を発揮しますが、価格は高額で、今後数年で下がると予想されています。このような有益なコンテンツをもっとご覧になりたい場合は、引き続き当社のブログ投稿をお読みください。
