Zell-Technologien bei Photovoltaik-Modulen 

Direkt vorab: Inzwischen haben sich monokristalline Zellen komplett durchgesetzt. Solarmodule mit Polykristalline- und Dünnschichtzellen kommen nur in sehr wenigen Nischenanwendungen zum Einsatz. Wir haben diese Technologien deswegen ganz am Ende des Artikels aufgeführt.

Grundlagen der Photovoltaikzellen 

Photovoltaikzellen (also die kleinen schwarzen Felder auf dem Solarmodul) sind die Grundbausteine von Solarmodulen und wandeln Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Diese Zellen bestehen aus Halbleitermaterialien, die Photonen absorbieren und dadurch Elektronen freisetzen, was einen elektrischen Strom erzeugt. Verschiedene Zell-Technologien unterscheiden sich durch das verwendete Material und die Herstellungsmethoden. 

Monokristalline Siliziumzellen 

  • Technologie: Hergestellt aus einem einzigen, durchgängigen Siliziumkristall, der in einem aufwendigen und energieintensiven Verfahren gezüchtet wird. 
  • Wirkungsgrad: Hoch (15-23%). 
  • Kosten: vergleichsweise hoch, aufgrund des aufwändigen Herstellungsprozesses. 
Vorteile: 
  • Höchste Effizienz unter den Silizium-basierten Zellen. 
  • Längere Lebensdauer und stabilere Leistung. 
  • Gute Leistung bei geringer Lichtintensität und hohen Temperaturen. 
Nachteile: 
  • Höhere Herstellungskosten. 
  • Verlust von Material während der Herstellung (Wafer-Sägen). 

Bifazialität 

Grundsätzlich die gleichen Zellen, jedoch aufwändiger verbaut, sodass auch die Rückseite Strom produzieren kann. Das ermöglich die Nutzung von indirektem und reflektiertem Licht. 

Vorteile: 
  • Höherer Energieertrag durch Nutzung der Rückseite. 
  • Ideal für Standorte mit reflektierenden Oberflächen (z.B. Schnee, Wasser). 
Nachteile: 
  • Komplexere Installation (zumindest wann man die Rückseite extra frei halten will)

N-Type und P-Type Photovoltaik-Module 

Solarmodule bestehen grundsätzlich sowohl aus N-Type- als auch aus P-Type-Zellen: N steht für Negativ, und P für Positiv. Für den Stromfluss braucht man immer beide.

Ausschlaggebend dafür, ob ein Solarmodul als „N-Type“ oder „P-Type“ bezeichnet wird, ist die Tatsache, welche Zellen auf der Oberseite das Modules gegen das Licht gerichtet sind. Bei einem N-Type-Modul liegt die negative Seite oben.

N-Type Solarmodule 

N-Type Module nutzen auf der Lichtseite Solarzellen, die mit einem n-dotierten Siliziumsubstrat hergestellt werden, bei dem Phosphor als Dotiermittel verwendet wird. Der Stromfluss wird durch freie Elektronen erzeugt. 

Aufbau eines N-Type Solarmoduls
Vorteile: 
  • Höherer Wirkungsgrad: N-Type Zellen haben tendenziell eine bessere Effizienz, da sie weniger von Verunreinigungen und Defekten beeinträchtigt werden. 
  • Geringere Degradation durch Licht (LID): Diese Module zeigen eine geringere Abnahme der Effizienz aufgrund von Lichtinduktion, was ihre langfristige Leistungsfähigkeit verbessert. 
  • Bessere Leistung bei hohen Temperaturen: N-Type Zellen haben bessere Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass sie bei hohen Temperaturen weniger Leistung verlieren. 
  • Längere Lebensdauer: Die reduzierte Degradation und bessere Materialeigenschaften führen zu einer längeren Nutzungsdauer. 
  • Höhere Toleranz gegenüber Verunreinigungen: N-Type Module sind weniger empfindlich gegenüber Verunreinigungen, was ihre Effizienz und Langlebigkeit verbessert. 
Nachteil: 
  • Höhere Produktionskosten: Die Herstellung von N-Type Modulen ist teurer aufgrund des komplexeren Dotierungsprozesses und der hochwertigen Materialien. 

P-Type Solarmodule 

P-Type Module nutzen auf der Lichtseite Solarzellen, die mit p-dotiertem Silizium, bei dem Bor als Dotiermittel eingesetzt wird. Die Hauptladungsträger sind hier Löcher (fehlende Elektronen), die den Stromfluss ermöglichen. 

Vorteile: 
  • Niedrigere Produktionskosten: Die Herstellung von P-Type Modulen ist günstiger, da der Produktionsprozess einfacher und weniger kostenintensiv ist. 
  • Gute Marktverfügbarkeit: Aufgrund der einfachen Herstellung und der weit verbreiteten Nutzung sind P-Type Module in großer Menge verfügbar. 
Nachteile: 
  • Höhere lichtinduzierte Degradation (LID): P-Type Module neigen zu einer höheren Degradation durch Licht, was ihre Effizienz im Laufe der Zeit vermindern kann. 
  • Niedrigerer Wirkungsgrad: Im Vergleich zu N-Type Modulen haben P-Type Module in der Regel einen geringeren Wirkungsgrad. 
  • Höhere Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen: P-Type Solarmodule sind anfälliger für Effizienzverluste durch Verunreinigungen im Silizium. 
  • Geringere Lebensdauer: Aufgrund der höheren Anfälligkeit für Degradation haben P-Type Module eine kürzere Lebensdauer. 

Fazit 

Die Entscheidung zwischen N-Type und P-Type Photovoltaik-Modulen hängt von verschiedenen Faktoren ab: 

  • N-Type Module sind ideal für Anwendungen, bei denen hohe Effizienz, Langlebigkeit und stabile Leistung unter variablen Bedingungen gefragt sind. Sie bieten Vorteile bei der Langzeitstabilität und der Leistung bei hohen Temperaturen, sind jedoch teurer in der Herstellung und weniger weit verbreitet. 
  • P-Type Module sind die kostengünstigere Option und weit verbreitet, was sie zur bevorzugten Wahl für große Solaranlagen und Projekte macht, bei denen die Kosten eine entscheidende Rolle spielen. Sie sind jedoch anfälliger für Effizienzverluste durch lichtinduzierte Degradation und Verunreinigungen. 

Die Wahl der richtigen Modultechnologie hängt daher von den spezifischen Anforderungen des Projekts, dem Budget und den langfristigen Leistungsanforderungen ab. 

Übersicht über Photovoltaik-Modul-Technologien

Neben den grundsätzlichen Zelltypen und Modulaufbauten gibt es noch ein paar Möglichkeiten, durch zusätzlichen Tricks beim Aufbau der Solarmodule den Wirkungsgrad zu steigern.

Die aktuell relevanten Technologien sind hier aufgeführt:

Technologie Beschreibung Vorteile Nachteile   
TOPCon Tunnel Oxide Passivated Contact Kombination aus einer dünnen Oxidschicht und einer polykristallinen Siliziumschicht zur Verbesserung der Ladungsträgerbeweglichkeit.  – Hoher Wirkungsgrad  
– Geringe Degradation 
– Verbesserte Effizienz bei hohen Temperaturen 		– Höhere Produktionskosten 
– Komplexere Herstellung 		Luxor, Trina, Ja Solar  
      
PERC Passivated Emitter and Rear Cell Zusätzliche Passivierungsschicht auf der Rückseite zur Reduktion von Oberflächenrekombination und Verbesserung der Lichtabsorption. – Erhöhter Wirkungsgrad 
– Kostengünstig 
– Geringere Produktionskomplexität 		– Anfälliger für lichtinduzierte Degradation 
– Geringere Effizienz bei hohen Temperaturen 		Ja Solar, LONGi 
      
HJT Heterojunction Technology Kombination von amorphem und kristallinem Silizium zur Maximierung der Lichtabsorption und Minimierung der Verluste. – Sehr hoher Wirkungsgrad 
– Exzellente Temperaturkoeffizienten 
– Hohe Effizienz bei schlechten Lichtverhältnissen 		– Hohe Herstellungskosten 
– Komplexe Produktionsprozesse 		Luxor, Meyer Burger, Solyco, AlphaEss, REC, Hyundai 
      
ABC All Back Contact Verlagerung aller Kontakte auf die Rückseite zur Maximierung der aktiven Oberfläche und Minimierung der Abschattung. – Sehr hoher Wirkungsgrad 
– Ästhetisch ansprechend 
– Hohe Effizienz durch maximale Lichtnutzung 		– Sehr komplexe Herstellung 
– Hohe Produktionskosten 		 Aiko  
      
SMBB Smart Multi-Busbar Verwendet eine größere Anzahl von dünnen, parallel verlaufenden Metallstreifen (Busbars), um den Strom von den Solarzellen abzuleiten. – Verbesserter Wirkungsgrad durch geringeren Widerstand 
– Gleichmäßigere Stromverteilung
– Reduzierte Abschattung und höhere Effizienz 
– Höhere Ausfallsicherheit durch parallele Strompfade 		– Komplexere Zellfertigung 
– Potenziell höhere Produktionskosten 
– Höhere technische Anforderungen an die Montage 		Jinko 
        

Wenn du sich bis hier hin durchgekämpft hast, zum Schluss noch ein Hinweis:

Mach dir bloß nicht zu viel Kopf um die richtige Technologie – das haben schließlich die Hersteller schon für dich getan.

Wichtig ist für dich am Ende vor allem die maximale Leistung pro Modul in Kombination mit dessen Größe (denn natürlich kann man auf mehr Fläche mehr Leistung erzielen). Der Modulwirkungsgrad zeigt dir zuverlässig an, ob das Modul etwas taugt.

Hier noch die restlichen Zellen, für die Vollständigkeit. In der Regel aber nicht relevant für eine aktuelle Anlage:

Polykristalline Siliziumzellen 

  • Technologie: Bestehen aus vielen kleinen Kristallen, die durch das Schmelzen und anschließende Abkühlen von Silizium entstehen. 
  • Wirkungsgrad: Moderat (13-17%). 
  • Kosten: Geringer als bei monokristallinen Zellen. 
Vorteile: 
  • Kostengünstigere Herstellung. 
  • Gute Leistung auch bei diffuser Strahlung. 
Nachteile: 
  • Geringerer Wirkungsgrad im Vergleich zu monokristallinen Zellen. 
  • Weniger ästhetisch aufgrund des kristallinen Musters. 

Dünnschicht-Solarzellen 

  • Technologie: Dünne Schichten von photovoltaischen Materialien werden auf ein Trägermaterial (z.B. Glas, Kunststoff oder Metall) aufgetragen. 
  • Typen: 
  • Amorphe Siliziumzellen (a-Si): Einsatz von nicht-kristallinem Silizium. 
  • Cadmium-Tellurid (CdTe): Kostengünstige Option mit toxischen Materialien. 
  • Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS): Hocheffiziente und flexible Zellen. 
  • Wirkungsgrad: Niedrig bis moderat (6-12%). 
  • Kosten: Günstiger aufgrund der Materialeinsparung und flexiblen Produktionstechniken. 
Vorteile: 
  • Flexibel und leicht. 
  • Bessere Leistung bei hohen Temperaturen und schwachem Licht. 
  • Kostengünstige Herstellung. 
Nachteile: 
  • Geringerer Wirkungsgrad und kürzere Lebensdauer. 
  • CdTe-Zellen enthalten toxische Substanzen wie Cadmium.