Was sind TOPCon-Solarzellen?
Hersteller von Photovoltaikmodulen (PV) sind ständig auf der Suche nach neuen, fortschrittlicheren Alternativen, um die Effizienz von Solarmodulen zu steigern. Effizienzsteigerungen können durch innovative Zellherstellungstechnologien erreicht werden, und mittlerweile gibt es einige, die auf dem Solar-PV-Markt konkurrieren.
Der neueste Modultrend geht davon aus, dass sich das Marktwachstum auf HJT- und TOPCon-Solarzellen konzentrieren wird.
Der Bericht 2022 der International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) zeigt einige erwartete Trends für die nächsten 10 Jahre:
♦ PERC(Passivated Emitter Rear Contact) Solarzellentechnologie ist derzeit Marktführer mit einem Marktanteil von rund 75 %. Es wird jedoch prognostiziert, dass der Anteil p-Typ-Mono-Si-PERC-Zellen innerhalb der nächsten 10 Jahre auf etwa 10 % sinken wird.
♦ N-Typ TOPConDie Tunneloxid-Passivierungstechnologie (Tunnel Oxide Passivated Contact) wird ihren Marktanteil von etwa 10 % im Jahr 2022 auf bis zu 60 % im Jahr 2033 steigern und sich zum Mainstream-Siliziumwafertyp entwickeln. Der stärkste Anstieg wird voraussichtlich ab 2024 eintreten.
♦ HJT vom N-Typ(Heterojunction-Solarzellen) wird voraussichtlich innerhalb der nächsten zehn Jahre von etwa 9 % (2023) auf über 25 % ansteigen. Die Umsetzung der HJT-Zellentechnologie stößt aufgrund der höheren Produktionskosten für Solarzellen und der inkompatiblen Produktionslinie mit aktuellen Technologien immer noch auf Schwierigkeiten. Dieser Vorgang wird in diesem Artikel nicht behandelt.
P-Typ-PERC vs. N-Typ-TopCon
Die PERC-Technologie ist ein kostengünstiger Kompromiss zwischen Effizienz und Massenproduktion. Die Steigerung der Effizienz von Solarmodulen mit dieser Methode erfolgt jedoch nur langsam. Heutige gängige P-Typ-Module erreichen einen Wirkungsgrad von etwa 21,4 %, der in den nächsten 10 Jahren auf 22,75 % ansteigen wird.
Eine in einem PV-Modul eingebaute N-Typ-TOPCon-Solarzelle sieht identisch mit einer PERC-Zelle aus. P-Typ- und N-Typ-Solarzellen werden beide aus einem Siliziumwafer hergestellt. Der Unterschied liegt in der Art und Weise, wie die Wafer mit Chemikalien dotiert werden, um die Stromproduktion zu verbessern.
Kurz gesagt, P-Typ-Zellen sind mit Bor dotiert, während N-Typ-Zellen mit Phosphor dotiert sind. Im Vergleich dazu wird Phosphor bei Einwirkung von Sauerstoff weniger abgebaut als Bor. Darüber hinaus werden durch die Phosphordotierung freie Elektronen in den Wafer eingebracht, was die Effizienz steigert.
Daher können N-Typ-basierte Module höhere Wirkungsgrade erzielen. Schätzungen zufolge wird der heutige Wirkungsgrad von nahezu 22,5 % innerhalb der nächsten 10 Jahre auf etwa 24 % ansteigen.
Das Problem beim N-Typ-Herstellungsverfahren besteht darin, dass es immer noch teurer ist.
Vorteile der TOPCon-Technologie?
1- Herstellungsprozess
TOPCon-Module können praktisch mit den gleichen Maschinen hergestellt werden wie P-Typ-Module, sodass der Einsatz von TOPCon-Zellen für die Hersteller keine hohen Kapitalinvestitionen erfordert.
2- Höhere Effizienz
Nach Angaben des Fraunhofer ISE-Instituts können Wirkungsgrade von über 25 % erreicht werden. Der maximale theoretische Wirkungsgrad der PERC-Zelle liegt bei etwa 24 %.
3- Geringere Verschlechterung
TOPCon-Module weisen im ersten Jahr und während der 30 Jahre der Nutzung von PV-Modulen im Vergleich zu PERC-Modulen eine geringere Leistungsdegradationsleistung auf.
4- Niedrigerer Temperaturkoeffizient
TOPCon-Zellen weisen eine bessere Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Wetterszenarien auf.
5- Bifazialitätsrate
Der bifaziale Faktor für PERC-PV-Module wurde im Durchschnitt auf etwa 70 % ermittelt, verglichen mit bis zu 85 % für TOPCon-Module. Im Vergleich zu bifazialen PERC-Modulen sammeln sie mehr Energie von der Rückseite, was für freiflächenmontierte Versorgungsprojekte von Vorteil ist. Auch ästhetisch können sie attraktiver sein als PERC-Solarmodule.
6- Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen
TOPcon-Module haben bei schlechten Lichtverhältnissen einen höheren Wirkungsgrad, was die Stromerzeugungsdauer tagsüber verlängert und die Leistung der Anlage im Laufe der Zeit verbessert.
Nachteile der TOPCon-Technologie?
Eines der Hauptprobleme von TOPCon-Zellen im Vergleich zu PERC-Zellen besteht darin, dass sie für ihre Produktion eine größere Menge Silber (Ag) benötigen.
Sowohl TOPCon als auch PERC verwenden bei der Produktion Silberpaste. Allerdings verwendet TOPCon auf beiden Seiten der Zellen Silberpaste. Dies bedeutet, dass die Kosten niemals niedriger sein werden als die von PERC.
Neue Herstellungsprozesse könnten die erforderliche Silbermenge wirksam reduzieren und dennoch ähnliche oder höhere Effizienzen liefern. Im Gegenzug ermöglichen niedrigere Kosten, dass diese Technologie zu angemessenen Preisen auf den Markt kommt.
An anderer Stelle werden noch weitere technische Probleme erwähnt: Borablagerungen, unterschiedliche Anforderungen an Reinraumbedingungen, die erfüllt werden müssen, und die Unfähigkeit des aktuellen selektiven Emitters, sich auf den TOPCon-Frontemitter zu übertragen. Diese Probleme gehen über den Rahmen dieses Artikels hinaus.
