測定技術は太陽光発電の用途とどのように関係しているのでしょうか?

太陽電池（光起電性（PV）セルとも呼ばれる）を使用した発電の人気は、過去 10 年間で劇的に高まり、衰える兆しは見られません。太陽エネルギー技術の応用は、電力網のインテリジェント化、発電方法の多様化、エネルギー消費への個人の参加の最大化において重要な役割を果たすでしょう。大規模な太陽光発電はますます一般的になり、キロワット当たりの価格は原子力や天然ガスなどの従来のエネルギー源とすでに同等になっています。

近年、太陽光発電市場は明らかに回復しており、2015年から2016年にかけて設置容量は50％も増加しました。中国は世界最大の太陽光発電市場を有しており、新たに設置された容量は世界全体の半分を占めている。アジア太平洋地域は、2016年の総設備容量が147.2GWとなり、欧州や米国を上回り、世界最大の太陽光発電地域となった。

規制の枠組み、市場計画、インフラ投資手法がより洗練されるにつれて、世界の太陽光発電市場の発展は今後数年間で鈍化する可能性があります。しかし、太陽光発電は最も経済的な大規模実用発電技術となるため、2020年頃に再び急速な発展の軌道に乗る可能性がある。長期的には、住宅や商業ビルの分散型「屋上」太陽光発電設備が大きな市場シェアを獲得するでしょう。

欧州太陽光発電産業協会のSolarPower Europeは、世界の太陽光発電設備容量が2021年までに約1TW（テラワット）に達する可能性があると考えています。さらに、EUは、加盟国の国内温室効果ガス排出量を2050年までに1990年比で20%削減するという公約を果たすために、2030年までに再生可能エネルギー源（RES）を少なくとも35%にするという目標を達成する必要がある。今後数年間、太陽光発電設備に対する市場の需要は引き続き増加すると予想され、太陽電池メーカーや太陽エネルギー産業チェーン内の他の企業に大きな発展の機会がもたらされるでしょう。

太陽光発電設備製造業 太陽光発電製造業界には明らかな規模の経済性があるため、完全に自動化された連続生産が非常に一般的です。標準的な単結晶太陽電池は、リンドープシリコン (Si) をマトリックス (吸収体) として使用し、薄い窒素ドープ層と表面に反射防止コーティングを施したものです。 n 型半導体と p 型半導体の間の障壁は pn 接合と呼ばれ、電子と正孔 (正電荷) が再結合することなく反対側に蓄積されます。

光が太陽電池に当たると、光子エネルギーの吸収により電荷が逃げてセルの電極に流れ、開回路電圧が発生します。複数のセルがソーラーモジュールに統合され、他のモジュールに接続されて大量の電気エネルギーを生成します。

太陽光パネルの基本的な製造プロセスは次のようにまとめられます。

 シリコンウェーハの準備
表面テクスチャ（反射率を下げる）
pn接合形成（湿式化学プロセス）
酸化物エッチング（不要な表面層の除去）
 反射防止コーティング
金属接点印刷（スクリーン印刷）
金属接触熱処理（焼結）
エッジアイソレーション（レーザーアブレーション）
テストと分類

モーションコントロールテクノロジーは、あらゆる製造段階とその間のすべての処理ステップで必要であり、最も困難なプロセスは金属接触層の正確な堆積です。スクリーン印刷プロセスを使用して、各シリコンウェハーの前面と背面に銀とアルミニウムのペーストが塗布されます。太陽電池の太陽に面した側には、幅約 100 ミクロン、間隔 2 mm の微細接触フィンガーの配列が印刷されており、2 つまたは 3 つの垂直バスバーで覆われています。セルの背面には、金属化された領域に対応するバスバーのセットがあります。前面バスバーと背面バスバーの主な機能は、電流を収集し、導電性電極と機械的に接触することです。

太陽電池製造用のスクリーン印刷システムでは、次のプロセス手順を使用できます。

ウェーハリソグラフィー検査 - システムはウェーハを検査エリアに搬送し、ウェーハ表面上の少なくとも 2 つのフィデューシャル (アライメントマーク) を画像化します。
画像処理 - 画像処理ソフトウェアを使用して各参照点の正確な位置データを決定し、メモリ内のこのデータを定期的に更新して、複数の印刷層の印刷精度を向上させます。
ウェーハアライメント - ウェーハステージをX、Y、θ方向に微調整してオフセットを修正し、スクリーン印刷ステンシル（テンプレート）の下に転送します。これらの調整により、ウェーハ上のフィデューシャルが保存されている参照フィデューシャルと重なり合うようになります。リニアエンコーダとロータリーエンコーダは、各軸を駆動してウェーハをスクリーンに正確に位置合わせするために必要な位置フィードバックを提供します。
印刷 – アライメント後、ウェハーを所定の位置に固定し、従来のスクリーン印刷プロセスを使用して銀とアルミニウムのペーストを直接スプレーします。

モーションコントロール技術の要件<br /> 現在、単結晶太陽電池のエネルギー変換効率は20％近くですが、シリコン単接合セルの理論上の最大限界効率は約29％です。変換効率の向上により、発電量1キロワット時あたりのコストが削減され、太陽光発電設備の物理的なサイズも縮小できるため、メーカーは効率を高めるために製造プロセスの改善に絶えず取り組んでいます。

一般的なシリコン太陽電池の製造プロセスでは、複数のスクリーン印刷操作が必要であり、セルの前面と背面は少なくとも 2 回別々に印刷されます。変換効率を向上させるには、導電性を低下させることなく、バッテリー前面の接触ラインを可能な限り細かく印刷する必要があり、そのためには極めて高い精度と再現性を備えた多層オーバーレイ印刷が必要です。

接触ワイヤをより細く、またはより太くすることで、太陽エネルギー変換に関与するセル面積を増やすことができます。たとえば、コンタクトフィンガーの線幅を 120 μm から 70 μm に減らし、厚さを 2 倍にすると、変換効率が 0.5% 向上する可能性があります。セルの性能を向上させるもう 1 つの技術は、選択的エミッターを使用することです。つまり、太陽電池を構成するシリコンウェーハを差別的にドーピングすることです。金属コンタクトフィンガーの真下の領域を高濃度ドーピングし、他の領域を低濃度ドーピングすることで、光の短波応答を改善し、セル変換効率を向上させることができます。

現在、選択的エミッターを作成するための技術はいくつかありますが、そのほとんどは、さまざまな印刷層の高精度な位置合わせと堆積を伴います。後続の印刷層は前の層の上に正確に配置する必要があるため、スクリーンの位置合わせ精度は多層印刷接点の品質を確保するための最も重要な指標となります。高解像度カメラを搭載した高度なアライメントシステムでは、最大 ±10 μm のアライメント精度を実現できるようになりました。 Renishaw の RESOLUTE アブソリュートエンコーダシステムなどの高精度位置エンコーダは、印刷スクリーンのオーバーレイ精度と制御性能を向上させる鍵となります。 RESOLUTE エンコーダは、最高速度 100 m/s、最小分解能 1 nm、周期誤差 ±40 nm で動作します。

概要<br /> 太陽エネルギーは、今後数十年で人類の主な電力源となる可能性が高い。その発電方法は、集中型と分散型に分けられ、後者は屋根に取り付けられたソーラーパネルなどである。活発な発展を背景に、太陽光発電産業チェーンの参加者には多くのビジネスチャンスがあります。モーション制御技術は、太陽電池製造プロセスのすべての段階に適用でき、特に高精度のスクリーン印刷プロセスにとって重要です。 Renishaw のモーションコントロールに関する専門知識と広範なエンコーダ製品群は、OEM およびエンドユーザーにモーションコントロールのニーズを満たす最先端の測定ソリューションを提供します。

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