ジンコソーラーが太陽電池のマイクロクラックゼロに挑戦するという記事がありました（ジンコソーラー、世界初の「マイクロクラックゼロ」に挑戦する企業）。世界初とは大げさな気がします。私の認識では日本のメーカーの太陽電池はほとんどマイクロクラックゼロだと思うのですが、最近は違うのでしょうか？

この記事、機械翻訳をそのままアップしたのか読みづらいところはありますが、マイクロクラックを無くすためにジンコソーラーがいろいろ工夫していることは良く判ります。しかし、日本のメーカーは、これぐらいのことは昔からやっていると思いますが・・・。

この記事で取り上げられているのは、出荷時のマイクロクラック。EL検査をして出荷段階でマイクロクラックのあるものは不合格にしています。もちろん検査するだけでなく、イールドを上げるために生産段階で丁寧に扱って、生産段階のマイクロクラックゼロに挑むようです。

しかし　私が気になるのはマイクロクラックよりスネイルトレイル。これは出荷時にはマイクロクラックとは認識されなくても、設置後に温度ストレスなどの繰り返しでマイクロクラックらしきものが発生して起こるようですが、今のところ電気出力にほとんど影響を与えないため、メーカーは問題なしと言う見解です。しかし10年以上後でも影響がないのでしょうかねぇ。そこが不安です。ただし、スネイルトレイルも日本のメーカーの太陽電池にはほとんど見られない現象で安心していられます。この辺りを見ると、やはり日本のものは良いのかなぁ、という印象を持ってしまいます。

ジンコソーラーもスネイルトレイルは問題なしと言う見解でしょうねぇ。まぁ、出力に影響がないのでそうなるのでしょうが・・・。品質向上に取り組むのは良いのですが、出荷段階でのマイクロクラックゼロだけではまだ少し甘いような気がします。スネイルトレイルにどう対応するか、その辺りも知りたいですね。

ところで、マイクロクラックが原因とされているスネイルトレイルも、取りあえずは特性に影響を与えていないことが殆んどです。しかし、何年もの間の熱サイクルによるストレスでクラックが進行し、そのうち特性が落ちるということは十分に考えられます。

私がモニタリングしているスネイルトレイルだらけのモジュールは、今のところ1年に1%ぐらいの劣化を示しています。1年に1%というのは太陽電池としては少し多めの劣化率ですが、そのままであれば20年で20%の劣化なので、大きな問題とは言えないでしょう。

しかし、20年も待たずにずっと早い段階で一気に劣化が進む可能性もあります。

マイクロクラックやスネイルトレイルは新しい問題なので、長期特性にどのように影響を与えるのかまだ判っていません。リスクを負っても安いモジュールを購入するか、安心のために高くても信頼性のあるメーカーから購入するか、これは投資家の好みの問題なのでしょうね。

マイクロクラック

スネイルトレイル

最近の太陽電池はセルの厚みが薄くなったせいか、マイクロクラックによる性能低下が起こるようになりました。マイクロクラックとは僅かなクラックで目には見えないものの、場合によっては太陽電池の性能を大きく引き下げる恐れがあります。メーカーでは出荷時にEL検査を行ってマイクロクラックのあるモジュールの出荷を防止するところも多くなりました。

一方で、出荷時にマイクロクラックが無くても輸送時や設置時に、また設置後にマイクロクラックが発生するという説もあります。その典型として、設置工事時に人がモジュールに乗りマイクロクラックが発生するという話もありますが、私はこれは少し疑わしいなと思っています。確かにモジュールに人が乗るとマイクロクラックが発生しそうですが、これを確かめた事実は無いと思います。

そもそも、マイクロクラックが発生していても電極が切れていなければ特性の低下を起こすわけではありません。従って製造時にマイクロクラックがあったとしても、出荷検査で完全にチェックするのは困難だと思います。

一方、モジュールはEVAという樹脂で太陽電池セルを封止していますが、その際にかなりのストレスを発生する可能性があります。製造時にこのストレスを逃がさないと、あの強化ガラスが反り返ったり割れてしまったりするほどです。

また、EVAの熱膨張率はシリコンや金属より遥かに大きいので、設置後の温度サイクルで膨張/収縮のストレスを繰り返し、例えばインターコネクタが外れてしまったりします。インターコネクタの接続不良や断線は、もともと接続が弱かったこともあるでしょうが、EVAからのストレスで加速されて起こります。

従って、出荷時にはセル特性に影響を与えないような僅かなマイクロクラックでも、EVAからのストレスでクラックが進み、セル特性を損ねるようなクラックになることは十分に考えられます。確かめた訳ではありませんが、EVAからのストレスの方がパネルに乗って与えるストレスよりずっと大きいのではないかと思っています。

このようなことからパネルに乗ってマイクロクラックが発生するという考え方には疑問を持っている訳です。もちろん、パネルに乗ってマイクロクラックが起こる可能性はありますが、パネルに乗らなければマイクロクラックが起こらないと安心することできません。

最近の太陽電池はセル厚みが薄くなり、基板品質もギリギリのところで作っているため、昔のものよりマイクロラックが起こりやすくなっていると思います。設置したパネルが経年のストレスでクラックが進み、急に出力が低下するなどということがあり得ないとは言えません。

設置したからと安心せず、出力の状態を頻繁にチェックして異常がないか確かめていくことが望まれます。
マイクロクラックのEL像（環境ビジネスより）

前回までスネイルトレイルの記事から気がついたことを紹介しました。私の運営している野立ての太陽電池にもスネイルトレイルが発現している訳ですが、取りあえず出力の変化は見られないため、のんびり構えています。ただ、将来に不安があることは確かです。解決策は明確ではありませんが、まず不安点を整理しておきたいと思います。

• 出力低下をうまく見つけることができるか

スネイルトレイルのできるパネルは全体の一部です。例えばスネイルトレイルの発生したパネルの出力が３割ぐらい落ちたとしても、全体の出力から見たらほんの数%の低下でしかなく、見つけることが困難です。

また最終的にはパネル毎に出力をチェックしなければなりません。これには相当のコストと手間がかかり、それでもうまく出力低下を見つけられないリスクがあります。

• 出力低下を証明することができるか

パネルの出力は定められた標準状態で測定することになっています。これを現場で行うことは極めて難しいですが、パネルを外して高いお金を出して検査機関で測るのは現実的ではありません。しかし、正規の測定方法を行っていないと、メーカーとの交渉でケチをつけられる恐れがあります。

• スネイルトレイルの発生を製造責任と言えるか

スネイルトレイルはマイクロクラックに伴って発生すると言われていますが、マイクロクラックは運搬や設置時の取り扱いの問題で発生したのかもしれません。これを理由にメーカーは製造責任ではないと言うかもしれません（たとえ設置時に発生したのであっても、それはセルの品質が悪かった可能性が高いと思いますが）。

• メーカーとうまく交渉できるか

私のような個人がクレームを出しても、上述のような理由を出してメーカーはまともに対応してくれない可能性があります。

これぐらいですかね。特に最後の問題は切実です。まぁ、急ぐ問題ではないのでじっくり取り組んで何かあった時にメーカーと交渉できる力をつけておきたいと思っています。とは言え出力に影響が出ないのが一番なのですが、モニタリングなどデータ解析に工夫して、ブログで情報提供していくつもりです。

• 「スネイルトレイル」を防ぐには

記事の中でいくつかの対策が指摘されていましたが、最も可能性が高いと指摘されている方法は封止材EVAの改良でした。可能性が高いというのはコストの面からで、EVAの改良もコストアップになるようですが、他の方法に比べ影響が小さいようです。たしかPID対策もEVAの改良だったような気がしますが、その辺りが一番実現性の高い解決方法なのでしょう。私自身は基板の高品質化も有望だと思っていますが、この記事では取り上げられていませんでした。

スネイルトレイルの出現環境を再現し、スネイルトレイル対策の評価をする方法も考えられているようです。こういう環境が充実してくれば、対策が考えやすくなるでしょう。今後、パネルメーカーがどのように対策をとるかはまだはっきりしませんが、このように前向きな姿勢が出てきたことは喜ばしいことです。

スネイルトレイルと言うのは最近のパネルに見られる現象で、あまり経験がありませんので情報が不足しています。取りあえずは出力にあまり影響がないため、メーカーは対応に後ろ向きです。しかし設置後１年やそこらで発現していて、今後何年も経つと出力に大きく影響が出てくる可能性は高いと思います。マイクロクラックが関係しているとなると、何年もの間に繰り返される温度サイクルでクラックが成長し、急に出力が低下するということも十分に考えられます。

スネイルトレイルの可能性のあるパネルを設置してしまったら、ユーザーはもう防ぎようがありません。しかしスネイルトレイルが出て来ただけではメーカーに補償は要求できません。とにかく出力が下がらないか見ているしか仕方ありませんが、出力が下がったとしても、それがスネイルトレイルのせいかどうかは簡単には判りません。スネイルトレイルが原因していると判っても、それがメーカーの製造責任だと言うのがまた難しいでしょう。

ネガティブな妄想ばかり続きましたが・・・、厄介ですね。

私の野立ての発電所にも少しスネイルトレイルが見られるため、大変気にしています。とにかく出力のチェックだけはしっかりやっています。

「太陽電池ってこんなに簡単に作れてしまうのか！」。

昔、太陽電池の研究開発に従事していたのが情けなくなるぐらい、多くの会社が簡単にパネル事業に参入し、しかも低価格で日本市場に攻めてきました。まぁ、これは競争社会では仕方のない話なのでしょう。しかし、パネルが安くなり、多くの野立て発電所ができてくるとともに、「スネイルトレイル」の話を聞くようになりました。

「スネイルトレイル」という問題は昔からあったのでしょうかねぇ。私は2000年頃からしばらく海外業務に主に従事していましたのでその間のことはよく判りませんが、それまでは聞いたことが無い言葉でした。文字通り、カタツムリが這ったような跡がパネルに生じ、マイクロクラックのようなものができているのだろうと言われています。取りあえずは特性に影響は出ていないものの、今後に不安を残します。しかも、設置後1年ぐらいで発生しているというのも驚きです。

しかし、スネイルトレイルの話を聞いているうちに、これはどうも低価格の輸入品に多く発生しているということに気がつきました。スネイルトレイルはマイクロクラックによると言われていますが、それが製造時に発生したのか、輸送時なのか、設置時か、経年変化なのかはっきりしません。ただ、安いパネルに発生しやすいところを見ると、セル自体に問題があるのではないかと言う気がしています。

昔、太陽電池の開発をしていた時に海外の安い基板を見たことがありました。単結晶でしたが驚くほど簡単に割れてしまいました。高品質の基板であれば多結晶であってもそんなに簡単には割れません。単結晶の基板であれば撓らせることも可能です。そういう経験があるのでスネイルトレイルはやはりセルの品質、特に基板の品質が低いために起こるのだろうという気がしています。マイクロクラックの発生が輸送時や設置時であったとしても、基板の品質が原因しているのだろうと見ています。

やはり安いものはそれなりですね。

野立ての場合はスネイルトレイルが発生しても簡単に見つけることができますし、取り換えも簡単です。しかし、住宅屋根はそういう訳にはいきませんので、住宅用の太陽電池は少し高くても良い太陽電池を買った方が良いと思います。

前回、マイクロクラックの話をした時に、太陽電池セルにクラックが入ってもセルの特性にそれほど影響を与えないことに昔気が付いたことに触れました。昔、超薄型のモジュールを作っていた時のことなのですが、その時のサンプルをまだ保存していました。下の写真のようなモジュールです。

薄型太陽電池全体

横から見たところ

当時のセルは0.5mmと今よりもずっと厚かったのですが、これを薄いEVAと対候性フィルムでラミネートして、全体でも1mm程度の厚みに抑えていました。

この超薄型モジュールは、当時流行り始めていたソーラーカー用のもので、車の屋根やボンネットのところの曲率に合わせてセットできるように考えられています。太陽電池セル自体を曲げるのは難しいですが、セルとセルの間のところは反らすことができるので、これでソーラーカーにセットして、更にその上をコーティングするというものでした。

写真はサンプルで作ったものなので小型ですが、実際には36セルからなるもっと大きなものです。とにかく薄いので、取扱いに気を付けていたのですが、ふとした時にストレスがかかってしまい、「パキパキパキッ・・・」と、まさにセルの割れる音がしました。

「しまった！」と思ってセルを見てみましたが、一見どこにもヒビが入ったように見えません。壊してしまったかと思いIVカーブ特性を測定してみましたが、それもほとんど元のままです。「あれ、大丈夫なのか？」と思い考えてみて、前回指摘したように、軽いクラックぐらいなら収電極を通じて電流収集できるので、特性に影響を与えないことに気が付いたわけです。

尤も、今のセルは0.2mm厚なのでこういうわけにはいかないかも知れません。また、その時のセルは収電極にハンダコーティングがしてあったので、クラックぐらいでは電極は切れないだけの強度がありましたが、今のセルはハンダコーティングなどしていないので、この点ももっと弱くなっています。

いずれにせよ、クラック発生直後にはほとんど特性が変わっていなくても、長期使用で熱サイクルなどを繰り返すとクラックが成長して早く劣化することは間違いないでしょう。

やはりクラックがあるというのは製造の品質管理が悪いということの表れで、そのようなメーカーの太陽電池の購入は避けた方が良いと思います。

太陽電池の表面電極構造を考えれば気が付くかと思いますが、太陽電池は基板に少々クラックが入っても、表面の細い収電極が断線しなければ電気特性にほとんど影響を与えません。また、たとえ収電極が断線しても、断線が1ヵ所であれば電流は他方のバスバーに流れるので、それほど特性に影響ありません。

（このように、クラックが少々あっても太陽電池は動作するということに気が付いたきっかけは次回説明しようと思いますが・・・。）

とにかく、軽いクラックであれば電気特性はあまり変わりませんし、そのようなクラックはEL試験でもなかなか発見しにくいと思います。またEL試験で検出できないようなクラックであればとりあえず問題ないとも言えますし、逆にEL試験で判るようなクラックであれば電気特性でも異常が判るだろうと思います。

要は、電気特性を測れば大抵のことはわかるということです。

結局、EL試験と言うのは太陽電池の試験と言うよりは、不良電池をより詳しく調べるためのツールで、保守などにはそれほど役に立たないでしょう。出荷試験では役に立つかもしれませんが、EL画像から細かいクラックを発見するには、かなり検査慣れした人を配置する必要があると思います。

ただ出荷試験でマイクロクラックが多く見つかるようでは、そのメーカーは出荷試験よりも製造工程での品質管理をかなり強化することが必要ではないかと思います。取扱いの不良でたまたまクラックが発生することもあるでしょうが、それより基板の品質や製造工程での熱などの管理が悪く、クラックが発生しやすくなっている可能性が高いと思われるからです。

多分、日本のメーカーは問題ないとは思いますが。

やはり怪しいのは例の国でしょうか・・・。