IBC太陽電池は、Interdigitated Back Contact（背面両面接触）太陽電池の略称です。IBC太陽電池は、背面から光を取り込むことができる構造を持ち、従来の太陽電池よりも高い効率を実現することができます。IBC太陽電池は、前面と背面にそれぞれ電極を持ち、光が背面から入射し、前面の電極で集められます。この構造により、表面積あたりの発電量が増え、高い効率を発揮することができます。IBC太陽電池は、高い効率に加え、高い信頼性や長い寿命を持つことができ、将来的にはより多くの分野で使用されることが期待されています。
より高い変換効率を求める研究者たちは、バックコンタクト方式に注力しており、より費用効果の高い製造技術を開発する取り組みによって、インターデジタルバックコンタクト（IBC）ソーラーなどの技術が主流になりつつあると考えられています。
IBC太陽電池は1970年代に構想され、その背後にあるアイデアは単純です。接触部、金属化、およびその他の内部機能をすべて背面に移動させ、前面の活性層を遮らずにより多くの日光を取り込めるようにします。
このアプローチにより、IBCおよびその他の背面接触型デバイスは、他のセル構造に比べ、単接合シリコンセルの変換効率の実用限界に近づけることができます。この目標は、研究者たちにとって常に焦点となっており、最高の実験室効率の多くは背面接触構造から得られています。
しかしながら、背面接触セルの大規模な加工は困難で高価であることが証明されており、そのため普及度が低いことが比較が困難な理由となっています。「背面接触は規模が小さく、より良い外観を追求する分散型発電プロジェクトで主に使用されるため、プレミアムが高くなります」と、再生可能エネルギー市場情報会社のInfoLinkのチーフアナリスト、コリン・リンは語っています。「現在のメーカーの製品価格に基づくと、通常、PERC [passivated-emitter、rear contact solar]に比べて0.01ドル/W以上のプレミアムがあります。しかし、取引量が少なく、対象市場が異なるため、明確なプレミアム指数はありません。」
多くの大手メーカーは、効率を向上させるためにより簡単なルートを取りましたが、よりコスト効率の良い手段が枯渇しつつあることや、ドイツのソーラーエネルギー研究ハーメリン研究所の研究者が背面接触デバイスが29.1％の効率に達する可能性があると計算したことから、背面接触セルを商業化するための新しい試みが進んでいます。
ドイツには多くのソーラーエネルギー研究所があり、その中でも有名な研究機関には、以下のようなものがあります。
- フラウンホーファー太陽エネルギー研究所（Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems）：太陽光発電に関する研究を行っており、世界でも最大規模の太陽光研究機関の一つです。
- ヘルムホルツ・ツェントルム・ベルリン（Helmholtz-Zentrum Berlin）：太陽電池の開発や、太陽光を利用した水素製造技術の研究を行っています。
- マックス・プランク太陽システム研究所（Max Planck Institute for Solar System Research）：太陽系の研究を行っている研究機関であり、太陽光研究にも関わっています。
これらの研究機関は、太陽光発電技術の研究や開発に取り組んでおり、太陽光発電の発展に貢献しています。
IBCの利点 米国のSunPower Corporationは、IBCセルを20年以上製造してきました。同社の製品は、住宅市場において特に成功しており、美観、優れた効率性と信頼性が高く評価され、価格プレミアムが付与されています。2020年、SunPowerは製造事業を分離して、Maxeon Solar Technologiesという新しい会社を設立し、SunPowerとMaxeonのブランドでIBC製品の製造を継続しています。
SunPowerは、アメリカ合衆国に本拠を置く太陽光発電モジュールメーカーで、世界的に有名な太陽光発電企業の一つです。同社は、高効率の太陽光発電モジュールを製造し、商業施設や住宅用の太陽光発電システムを提供しています。
SunPowerの太陽光発電モジュールは、独自のバックコンタクト技術を採用しており、高い変換効率を実現しています。また、同社は太陽光発電システムの設計から施工までを一貫して行っており、高品質で信頼性の高い製品を提供しています。
SunPowerは、グリーンエネルギーの普及に尽力し、環境に配慮した事業展開を行っています。また、同社は世界的な太陽光発電市場で高いシェアを持ち、多くの国で事業を展開しています。
SunPowerは、太陽光発電事業と製造事業を分離することを決定し、2019年に製造事業を分離してMaxeon Solar Technologies（以下、Maxeon）を設立しました。
Maxeonは、高効率の太陽光発電モジュールを開発、製造、販売する企業です。Maxeonは、SunPowerの製造事業を引き継いでおり、従来のSunPowerブランドの製品を販売する他、Maxeonブランドの製品も展開しています。
Maxeonは、太陽光発電モジュールの設計と製造において高い技術力を持ち、最新のPERC（Passivated Emitter and Rear Cell）技術やIBC（Interdigitated Back Contact）技術を採用することで、高い効率と信頼性を実現しています。また、Maxeonは、環境に配慮した製品の開発にも力を入れており、自社製品のカーボンフットプリントを最小限に抑える取り組みを行っています。
Maxeonは、世界各地で太陽光発電の普及に貢献しており、より効率的かつ環境に優しい太陽光発電モジュールの開発に取り組んでいます。
Maxeonの技術戦略担当バイスプレジデントであるDoug Rose氏は、バックコンタクト構造によって、フロントサーフェスの最適化が可能になり、セル内に光を最大化し、再結合を最小化することができると説明しています。また、金属カバレッジと金属フィンガーの横方向伝導にも最適化する必要がなくなるため、セル内の光の利用効率が向上するという利点もあります。リアサイドでは、IBCは厚い金属を使用することができ、シリーズ抵抗を低下させることができます。
Rose氏は、効率性に加え、優れた信頼性もMaxeonの焦点であり、プレミアム製品を持つことにより、標準よりも優れた信頼性を持つデザインや材料の選択が可能になるため、一定の市場では最大40年の製品保証を提供していると述べています。
MaxeonのIBC製品の主要な利点は、独自の、セルやモジュールに損傷を与えない逆バイアス動作です。これにより、部分的な日陰でモジュールダイオードが故障しても、セルやモジュールに損傷を与えることがあるホットスポットが発生することを防ぐことができます。「この利点を拡大するために多くの努力をしてきたと信じています。」Rose氏はさらに、逆バイアス技術によってこれが可能になるというのは、バックコンタクト技術のもう一つの利点であるが、全てのバックコンタクトアーキテクチャには存在しないと説明しています。
現状 バックコンタクトソーラーに対して高い期待が寄せられています。ドイツの国際ソーラーエネルギー研究センター（ISC）コンスタンツの共同創設者でありディレクターであるラドバン・コペチェック氏は、11月にpv magazineに語ったところによると、IBCモジュールは2028年までにTOPCon（トンネル酸化物パッシブ接触）製品を追い抜き、2030年には市場の半分を占める可能性があると述べています。他の市場観察者は楽観的ではありませんが、バックコンタクト技術が今後5年間で成長することについては一致しています。
ドイツの国際ソーラーエネルギー研究センター（International Solar Energy Research Center Konstanz、以下ISC Konstanz）は、ドイツ南西部のコンスタンツ市にある研究所です。ISC Konstanzは、太陽光発電技術の開発や実用化を目的として、産学官の協力により設立されました。
ISC Konstanzは、高効率な太陽光発電技術の研究に力を入れており、特に、IBC（Interdigitated Back Contact）太陽電池の研究に注力しています。IBC太陽電池は、従来の太陽電池に比べて高い効率を実現できる技術であり、ISC Konstanzは、この技術の開発において世界をリードする研究機関の一つとして知られています。
ISC Konstanzは、IBC太陽電池の研究開発に加えて、他の太陽光発電技術に関する研究も行っており、産業界との協力により、太陽光発電技術の実用化に向けた取り組みを進めています。ISC Konstanzは、独自の研究成果を基に、太陽光発電技術の進化に貢献しています。
「製造プロセスや効率の段階的な改善が、バックコンタクト技術の多くにおいてコストの低減につながっています」と、ビジネスインテリジェンス企業であるS&P Global Commodity Insightsのシニアリサーチアナリストであるカール・メルコニアン氏は述べています。「しかし、大幅なコスト削減には、完全に開発するためにさらに時間が必要となります。これには、銀の消費量の大幅な削減、銅やアルミニウムへの完全な置き換え、またははんだ付けやセルの接続プロセスのさらなる改善、効率や収率、スループットの改善などが含まれます。」
S&Pグローバルは、バックコンタクトソーラーが今後5年間で市場シェア15%を達成する可能性があると予測しています。一方、InfoLinkは、今後2〜3年で5%程度の成長が見込まれますが、その後はほとんど見込めないとしています。InfoLinkのLin氏は、「長期的には、複雑なプロセスと高い製造コストのため、バックコンタクトの市場シェアはPERCやTOPConの規模には達しないでしょう。高効率と美しい外観のためにバックコンタクトには需要がありますが、市場シェアは10%に達することはないでしょう。」と述べています。
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Maxeonは、このような製造プロセスの改良に取り組んでいます。「Maxeonは、この方法を保護するための多数の特許を持つ完全な独自プロセスを持っています。」と、Maxeonのカリフォルニアの研究開発拠点の科学者であるDavid Smith氏は述べています。「今日、パイロット生産にあるプロセスは、より一般的な装置をより多く使用するため、TOPCon産業のお蔭を借りることができます。私たちは、可能な限りこれらの大規模な高スループットツールを使用し、新世代ではこれらのツールの割合を前世代よりも高く使用しています。」
保存とスケーリング しかし、Maxeonは、性能と美観にプレミアムを支払う顧客に重点を置いており、より一般的なIBC技術が現れた場合でも、差別化された製品に重点を置き続けると述べています。
ISCコンスタンツは、自信にあふれたIBCの期待に対応するために必要なコスト削減を実現できると考えています。同研究センターは、「Zebra」IBCセルを開発し、ヨーロッパとアジアの製造パートナーを通じて市場に出しており、生産コストを下げ、効率を上げ続けています。
「コスト構造の観点から、できるだけ標準技術に近づけることを目標としています」と、ISCの技術移転プロジェクトマネージャーであるJoris Libalは述べています。「私たちは安価なプロセスから始めて、高い効率を実現したいと考えています。」
ISCコンスタンツのn型[負ドープ]セル研究開発グループリーダーのValentin Mihailetchiは、Zebraセルが管状拡散、スクリーン印刷された金属化、プラズマ増強化学気相成長、およびレーザー削除などの従来のプロセスを使用して製造されていると説明し、「すでに確立されているプロセスをわずかに異なる方法で使用することに関してです。」と付け加えました。このアプローチは、バックコンタクトアーキテクチャをパッシブ化接触や他のセルデザインと組み合わせることができ、大量生産の別のルートを提供する可能性があります。
銀の消費量 IBCセルには、両極性に銀接触が必要であり、加工コスト以外にも銀のコストがかかります。リバル氏によると、「p型[正ドープ]PERCと比較して、ウエハーに5%ほどのコスト増加があり、機器の減価償却にわずかな違いがありますが、PERCやTOPConに比べて、少し機器が増えるためです。主な違いは金属のコストです。」
しかし、バックコンタクトセルでは、リアサイドのフィンガーをできるだけ薄くする必要がないため、ISCコンスタンツ社は、スクリーン印刷プロセスで銀の代わりに銅ペーストを使用しています。これに対して、従来のメーカーは、銀含有量を減らすために銅めっきプロセスを進める必要があります。
ISCコンスタンツ社のIBCセルは、コンタクトに少量の銀が必要です。銅はシリコンと直接接触することはできないためですが、リバル氏は、銀の消費量を1ワットあたりのセル発電容量の5 mg以下に減らすことができると述べています。これはPERCやTOPConセルに使用される量の一部であり、銀供給に関する産業の懸念を緩和するのに役立ちます。
研究所は、銅のスクリーン印刷プロセスを進めており、加速試験で良好な結果を得たと述べています。リバル氏は、「銅メタライゼーションを持つゼブラIBCセルは、最終的にはIBCのコストをPERC以下に引き下げ、効率は依然として高いままになるという画期的なものになるでしょう。これらの主要なパラメータであるコストと性能が満たされたときに、本当に飛躍するでしょう。」と述べています。
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