Vor- und Nachteile sowie Vergleich PERC-, TOPCon- und HJT-(Heterojunction)-Solarzellen.

Die Nutzung von Solarenergie ist zu einem wesentlichen Bestandteil der Erschliessung nachhaltiger Energiequellen geworden. Um das Beste aus unserem reichlich vorhandenen Sonnenlicht zu gewinnen, hat die Solarindustrie im Zuge der Weiterentwicklung verschiedene Technologien hervorgebracht.

Drei der bekanntesten Technologien im Bereich der Solarzellen sind Topcon-, HJT- (Heterojunction Technology) und PERC- (Passivated Emitter Rear Cell) Solarzellen. Jede dieser Technologien bietet unterschiedliche Vor- und Nachteile, sodass es für Verbraucher und Branchenfachleute gleichermaßen wichtig ist, die Unterschiede zwischen ihnen zu verstehen.

Vergleich zwischen PERC-Solarzellen und TOPCon-Solarzellen.

PERC- und TOPCon-Solarzellentechnologien sehen nach der Installation in einem Modul optisch recht ähnlich aus. TOPCon-Zellen werden aus n-dotiertem Silizium hergestellt, einem Material, das bei der Herstellung komplexer zu verarbeiten ist. Dieses Material ermöglicht, dass TOPCon-Zellen einen höheren Wirkungsgrad erreichen. Ein weiterer Unterschied liegt im sorgfältigen Passivierungsprozess, der bei TOPCon-Zellen angewendet wird. Dieser Prozess ist zwar eine technische Herausforderung, bietet aber auch erhebliche Vorteile. Insbesondere die Aufbringung einer polykristallinen Siliziumschicht auf der Rückseite der Zelle erfordert ein hohes Maß an technischem Fachwissen. Dadurch kann die Solarzelle jedoch höheren Spannungen standhalten, was letztlich zu einer deutlichen Steigerung der Gesamteffizienz führt.

Die PERC-Technologie ist ein kostengünstiger Kompromiss zwischen Effizienz und Massenproduktion. Die Steigerung der Effizienz von Solarmodulen mit dieser Methode erfolgt jedoch nur langsam. Die heutigen gängigen P-Typ-Module erreichen Wirkungsgrade von etwa 21,4 %, die in den nächsten 10 Jahren auf 22,75 % steigen werden.

Eine N-Typ-TOPCon-Solarzelle, die in einem PV-Modul installiert ist, sieht genauso aus wie eine PERC-Zelle. P-Typ- und N-Typ-Solarzellen werden beide aus einem Siliziumwafer hergestellt. Der Unterschied zwischen ihnen liegt in der Art und Weise, wie die Wafer mit Chemikalien dotiert werden, um die Stromerzeugung zu verbessern. Kurz gesagt werden P-Typ-Zellen mit Bor dotiert, während N-Typ-Zellen mit Phosphor dotiert werden. Im Vergleich dazu wird Phosphor weniger abgebaut als Bor, wenn er Sauerstoff ausgesetzt wird. Darüber hinaus werden durch die Phosphordotierung dem Wafer freie Elektronen hinzugefügt, was die Effizienz erhöht. Daher können Module auf N-Basis höhere Wirkungsgrade erzielen. Die heutigen Wirkungsgrade von fast 22,5 % werden Schätzungen zufolge innerhalb der nächsten 10 Jahre auf etwa 24 % steigen. Das Problem beim Herstellungsprozess des N-Typs ist, dass er immer noch teurer ist.

PERC-Solarzellentechnologie

Vergleich der HJT-Solarzellen- und TOPCon-Solarzellen-Technologien.

HJT-Paneele zeichnen sich durch Effizienz. Die Heterojunction-Technologie (HJT) wird bei bifazialen Modulen angewendet. Die Herstellung ist jedoch komplex und kostspielig. Solche Module sind in der Fertigung anfällig für Feuchtigkeit. Im Gegensatz dazu bieten TOPCon-Paneele einen einfacheren, kostengünstigeren Herstellungsprozess mit geringerer Feuchtigkeitsempfindlichkeit. Sie büßen jedoch im Vergleich zu HJT-Paneelen etwas an Effizienz und Bifazialität ein.

Heterojunction-Technologie (HJT)

Die TOPCon-Solarzellentechnologie ist vielversprechend und hat das Potenzial, in der Solarindustrie schnell zu wachsen. Bei der Betrachtung einer neuen aufstrebenden Technologie wie TOPCon ist es wichtig, sie mit anderen gängigen PV-Technologien auf dem Markt zu vergleichen.

TOPCon

Höchste Effizienz 26,10 %
Temperaturkoeffizient <0,3 %/ºC
Bifazialitätsfaktor 85 %
Marktanteil 8 % (2020)

PERC

Höchste Effizienz 24,50 %
Temperaturkoeffizient <0,4 %/ºC
Bifazialitätsfaktor 70 %
Marktanteil 75 % (2021)

HJT 

Höchste Effizienz 26,56 %
Temperaturkoeffizient 0,21 %/ºC
Bifazialitätsfaktor 92 %
Marktanteil 2,5 % (2021)

Die PERC-Solarzellentechnologie steht derzeit an erster Stelle und hat mit 75 % den höchsten Marktanteil in der Solarindustrie, während die HJT-Solarzellentechnologie erst 2019 eingeführt wurde und ihr Marktanteil bis 2021 nur 2,5 % betrug. TOPCon, das auf dem Markt kaum vertreten ist, macht bereits 8 % des PV-Marktes aus, könnte aber ab 2023 zu wachsen beginnen, wenn große Hersteller von PERC/PERT auf TOPCon umsteigen.

In Anbetracht der technischen Spezifikationen wird die PERC-Technologie sowohl von der HJT- als auch von der TOPCon-Solarzellentechnologie überholt. Während PERC einen Wirkungsgrad von 24,5 % und einen Bifazialitätsfaktor von 70 % aufweist, erreicht TOPCon einen Wirkungsgrad von 26,1 % und einen Bifazialitätsfaktor von 85 %, während HJT mit einem Wirkungsgrad von 26,56 % und einem Bifazialitätsfaktor von 92 % noch weiter geht. Der Temperaturkoeffizient für PERC-Solarzellen ist mit 0,3 %/°C schlechter als bei TOPCon, während HJT-Solarzellen mit 0,21 %/°C sogar noch schlechter abschneiden.

HJT-Solarzellen mögen vielversprechend aussehen, aber es gibt große Nachteile bei dieser Technologie, da die Produktionskosten für Solarzellen höher sind und die Produktionslinie nicht mit den aktuellen Technologien kompatibel ist. Hier haben TOPCon-Solarzellen einen Vorsprung, da die erforderliche Produktionslinie für TOPCon-Solarzellen praktisch die gleiche ist wie für PERC/PERT und die Kosten auch recht ähnlich sind.

Angesichts der Ähnlichkeit zwischen den technischen Spezifikationen von HJT- und TOPCon-Solarzellen, aber unter Berücksichtigung der Rückschläge bei der HJT-Technologie, ist es verständlich, warum sich große Hersteller wie Trina Solar, Jinko Solar, LONGi und andere für TOPCon-Solarzellen anstelle von HJT entscheiden.

Marktentwicklung.

Der Bericht 2022 der International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) zeigt einige erwartete Trends für die nächsten 10 Jahre:

Die PERC-Solarzellentechnologie (Passivated Emitter Rear Contact) ist derzeit mit einem Marktanteil von etwa 75 % Marktführer. Es wird jedoch prognostiziert, dass der Anteil von p-Typ-Mono-Si-PERC-Zellen in den nächsten 10 Jahren auf etwa 10 % sinken wird.

Die n-Typ-TOPCon-Technologie (Tunnel Oxide Passivated Contact) wird ihren Marktanteil von etwa 10 % im Jahr 2022 auf 60 % im Jahr 2033 steigern und sich zum Standard-Silizium-Wafer-Typ entwickeln. Der größte Anstieg wird voraussichtlich ab 2024 erfolgen.

N-Typ HJT (Heterojunction-Solarzellen) wird voraussichtlich innerhalb der nächsten zehn Jahre von etwa 9 % (2023) auf über 25 % ansteigen. Die Umsetzung der HJT-Zelltechnologie stößt aufgrund der höheren Produktionskosten für Solarzellen und der inkompatiblen Produktionslinie mit aktuellen Technologien immer noch auf Schwierigkeiten. Dieser Prozess wird in diesem Artikel nicht behandelt.