TOPCon vs. PERC – Wo liegt der Unterschied?

TOPCon-Solarzellen sind der neue Trend auf dem Photovoltaik-Markt und immer mehr Hersteller setzen auf diese innovative Technologie. Dadurch entsteht ernsthafte Konkurrenz für die bisher genutzten PERC-Solarzellen (passivierte Emitter-Rückseitenkontakt-Zellen). Auch unsere Balkonkraftwerke, wie etwa unser Full-Black DAH-SU800D Modul mit patentierten Fullscreen von DAH Solar, arbeiten mit dieser TOPCon-Technologie.

Aber was genau unterscheidet diese beiden Technologien voneinander und welche Vorteile haben die neuen TOPCon-Solarzellen für den Besitzer?

Was ist TOPCon und PERC eigentlich?

Die Abkürzung TOPCon steht für „Tunnel Oxide Passivated Contact“ und beschreibt das Prinzip, nach dem Solarzellen funktionieren. Durch eine extrem dünne Schicht aus Siliziumoxid, auch bekannt als Tunneloxid, wird verhindert, dass die metallischen Anschlusskontakte direkt mit der dotierten Siliziumschicht in Kontakt kommen. Dies führt zu einer Steigerung der Effizienz. Somit ermöglichen TOPCon-Zellen eine effektivere Übertragung von Strom als dies bei PERC-Solarzellen der Fall ist.

Die Abkürzung PERC steht für Passivated Emitter and Rear Cell und ist eine fortschrittliche Technologie zur Herstellung von Solarzellen, die den Wirkungsgrad von Siliziumsolarzellen verbessert. Sie nutzt eine Aluminium-Oxid-Schicht auf der Rückseite der Zelle zur Passivierung und verbessert so den Wirkungsgrad, die Lichtabsorption und die Stromernte. Die PERC-Technologie ermöglicht auch eine flexiblere Gestaltung von Solarzellen und wurde bisher überwiegend bei der Herstellung von Solarmodulen genutzt.

Wie funktionieren TOPCon-Solarzellen überhaupt?

Die Idee hinter dem TOPCon-Konzept besteht darin, dass die Anschlusskontakte nicht direkt mit der Siliziumschicht in Berührung kommen, um so die Ladungsrekombination zu verhindern, welche normalerweise Leistungsverluste an der Rückseite der Zelle verursacht.

Um diese Rekombination zu unterbinden, wird eine äußerst dünne Schicht aus Siliziumoxid, die nur wenige Nanometer dick ist, auf die Oberfläche der Solarzelle aufgetragen. Diese Schicht erfüllt eine wichtige Aufgabe: Sie passiviert die Oberfläche und blockiert den Durchgang für Ladungsträger. Allerdings ist diese Schicht so dünn, dass durch quantenmechanische Effekte, denoch Strom durch diese Barriere fließen kann. Diese Phänomen wird in der Physik als „Tunneleffekt“ bezeichnet.

Zusätzlich wird dazu eine weitere Schicht aus stark dotiertem Silizium hinzugefügt, um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern und Übertragungsverluste auf ein Minimum zu reduzieren.

Wie funktionieren PERC-Solarzellen?

Die Entwicklung der PERC-Technologie zielte darauf ab, die Effizienz und Ertragsmöglichkeiten von modernen Photovoltaik-Anlagen zu steigern. Herkömmliche Solaranlagen weisen aufgrund ihrer Bauweise und verwendeten Materialien einen Verlust an Sonnenenergie auf. Da das Licht verschiedene Wellenlängen hat, wird blaues kurzwelliges Licht besser von der Vorderseite absorbiert als rotes langwelliges Licht bei herkömmlichen Zellen. Dies führt dazu, dass in traditionellen Anlagen hauptsächlich blauer Strom erzeugt wird, während längerwelliges rotes Licht ineffektiv in Strom umgewandelt werden kann.

Der Hauptmechanismus der PERC-Technologie beruht auf optimierter Lichtabsorption. Durch eine zusätzliche elektrische Schicht wirdrotes Licht reflektiert und die Absorptionsrate erhöht. Um diesen Verlust zu verhindern, nutzt die PERC-Technologie sogenannte Light-Trapping Methode („Licht-Einfang-Methode“): Eine zusätzliche elektrische Schicht reflektiert das rote Licht von der Rückseite zurück in die Zelle und erhöht somit die Absorptionsrate. Dies führt zu einer insgesamt verbesserten Ausnutzung des Sonnenlichts und somit zu höherer Effizienz der Solarzellen.

TOPCon-Solarzellen laufen den PERC-Zellen den Rang ab

Die TOPCon-Technologie wurde bereits 2013 vom Frauenhofer-Institut für Solare Energiesysteme entwickelt. Doch bis zur Marktreife vergingen noch einige Jahre.

Bisher dominierten PERC-Zellen als die weitverbreitete Solar-Technologie den Markt. Und das nicht ohne Grund. Sie haben die poly- und monokristalline Solarmodule erheblich verbessert, insbesondere hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit bei schwachem und diffusem Licht. Gleichzeitig blieben die Kosten für ihre Herstellung angemessen. Die PERC-Technologie hat dazu beigetragen, dass sich Solaranlagen für Privatverbraucher, explosionsartig verbreitet haben.

Die PERC-Technologie bekommt nun aber ernsthafte Konkurrenz durch die TOPCon-Technologie. Bisher waren die Produktionskosten von TOPCon-Modulen höher als für herkömmliche PERC-Solarmodule. Da aber nun immer mehr Solaranlagen auf den Markt kommen, die auf TOPCon-Zellen setzen, skaliert sich der Preis durch die Nachfrage nach unten. Inzwischen liegen sie preislich nicht sehr viel höher als Balkonkraftwerke der vergangen Generation mit PERC-Zellen.

Marktdurchbruch für TOPCon-Technologie mit n-Typ-Zellen

Silizium-Solarzellen sind weltweit die dominierende Technologie im Bereich der Solarzellen. Sie zeichnen sich durch hohe Wirkungsgrade, kosteneffiziente Produktion und lange Haltbarkeit aus. Diese Zellen bestehen aus einer negativen (n) Schicht, die elektronenleitend ist, und einer positiven (p) Schicht mit unbesetzten Ladungen.

Die Dicke der Schichten variiert, wobei die dickere Basis-Schicht entscheidet, ob es sich um p-Typ- oder n-Typ-Zellen handelt. P-Typ-Zellen dominierten früher den Markt aufgrund ihrer einfacheren Herstellung, aber n-Typ-Zellen werden zunehmend bevorzugt aufgrund ihres höheren Wirkungsgrades, ihrer Effizienz und ihrer geringeren Anfälligkeit für Leistungsverluste. P-Typ-Zellen haben oft ein Problem namens Anfangsdegradation, bei dem chemische Reaktionen in der Zelle auftreten, wenn das Sonnenlicht zum ersten Mal auf die Module trifft.

Dieses Problem tritt bei n-Typ-Zellen nicht auf. Zusätzlich dazu sind n-Typ-Zellen weniger anfällig für metallische Verunreinigungen und leistungsinduzierte Degradation. Sie sind auch temperaturbeständiger und haben einen niedrigeren Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass ihre Leistung bei steigenden Temperaturen nur minimal abnimmt.

Meinung: TOPCon- vs. PERC-Module

Langfristig wird die TOPCon-Technologie voraussichtlich eine ernsthafte Alternative zu PERC darstellen. Verbraucher haben bereits jetzt die Möglichkeit, zwischen preisgünstigen PERC-Modulen und etwas teureren, aber effizienteren TOPCon-Modulen zu wählen. Dieser Wettbewerb zwischen den Technologien bietet den Verbrauchern mehr Auswahl und wird sowohl die Forschung als auch die Industrie dazu anregen, beide Technologien weiterzuentwickeln.

Insgesamt werden Solaranlagen dadurch leistungsfähiger, langlebiger und amortisieren sich schneller – sie werden einfach attraktiver für private Haushalte.Es steht außer Frage: Die Verbreitung von TOPCon-Solarzellen markiert einen wichtigen Meilenstein für Solaranlagen sowie für die Energiewende und Unabhängigkeit von Haushalten.

Haben Sie noch weitere Fragen zur TOPCon-Technologie oder unseren Produkten? Dann zögern Sie nicht, und rufen Sie uns noch heute an.