Der Aufstieg der N-Typ-Solar-PV-Zellen der nächsten Generation

Im Jahr 2022 beobachtet das Renewable Energy Test Center (RETC) genau einen Technologietrend, der auf dem Markt an Bedeutung und Akzeptanz gewinnt: den Aufstieg von n-Typ-PV-Zellen der nächsten Generation mit passivierenden Kontakten.Diese n-Typ-PV-Zellen der nächsten Generation sind für die weitere Fähigkeit der Solarindustrie, die Kosten zu senken und gleichzeitig die Leistung zu verbessern, von entscheidender Bedeutung.Hier untersuchen wir das Versprechen neuer n-Typ-PV-Zellendesigns – und die potenziellen Herausforderungen, die mit der Skalierung dieser vielversprechenden Technologie verbunden sind.

Aufstieg von TOPCon

Viele Branchenanalysten und Materialwissenschaftler glauben, dass neue n-Typ-PV-Zellendesigns die nächste logische Weiterentwicklung auf der Roadmap der PV-Technologie darstellen.Im Jahr 2013 stellten Forscher des deutschen Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme eine Methode zur Herstellung hocheffizienter n-Typ-Siliziumsolarzellen mit einer neuartigen Tunneloxid-Passivierungskontaktstruktur (TOPCon) vor.Dieses neuartige Zelldesign erzielte dank hervorragender Oberflächenpassivierung und effektivem Ladungsträgertransport gute Werte für Leerlaufspannung (Voc), Füllfaktor und Effizienz.

Vergleich von p-Typ-PERC- und n-Typ-TOPCon-Siliziumzellendesigns.

Weniger als ein Jahrzehnt später ist TOPCon das angesagteste Wort im Solarbereich.Die größten Modulhersteller der Welt beginnen mit der Serienproduktion von PV-Modulen mit TOPCon-Zellen.Während LONGi Solar stark auf p-Typ-TOPCon setzt, investieren viele andere führende Modulunternehmen – wie JinkoSolar, Jollywood Solar Technology, JA Solar und Trina Solar – erheblich in Module mit n-Typ-TOPCon-Zellendesigns.

Diese kollektive Marktwende ist in erster Linie auf die Abflachung der Effizienzkurven für die PERC-Module (p-type passivated emitter and Rear-Contact Cell) zurückzuführen.Obwohl diese in den letzten Jahren den Markt dominiert haben, stoßen die Hersteller allmählich an die physikalischen Grenzen von p-Typ-Mono-PERC-Zellendesigns.Der Übergang zu n-Typ-TOPCon-Zellen wird es Modulherstellern ermöglichen, die Zelleffizienz im Labor und in der Massenproduktion weiter zu steigern.

„Jeder möchte die höchstmögliche Modulbewertung auf dem Typenschild“, erklärte Kenneth Sauer, Chefingenieur bei VDE Americas, einem Anbieter von technischen Due-Diligence- und Ingenieurdienstleistungen.„Durch höhere Voc-Werte lassen sich höhere Wirkungsgrade und Nennleistungen erzielen. Das allein wird wahrscheinlich dazu führen, dass Hersteller auf n-Typ-TOPCon-Zellendesigns umsteigen, sobald sie dies erreichen können.“

Vorteile von N-Typ-Zellen

Die Prüfung der Modulcharakterisierung läuft im akkreditierten Labor von RETC.

Solarhersteller haben die potenziellen Effizienzvorteile von n-Typ-PV-Zellen schon lange erkannt.Sanyo begann beispielsweise in den 1980er Jahren mit der Entwicklung von PV-Zellen mit N-Typ-Heterojunction-Technologie (HJT).Darüber hinaus hat SunPower seine IBC-PV-Zellen (Interdigitated Back Contact) auf einer Basis aus hochreinem n-Typ-Silizium aufgebaut.

Aufgrund der damit verbundenen Herstellungskomplexität sind hocheffiziente PV-Module, die auf n-Typ-HJT- und IBC-Zellendesigns basieren, relativ teuer in der Herstellung und bleiben ein Nischenteil des Marktes.Im Vergleich dazu ähnelt die Herstellung von n-Typ-TOPCon-Zellen dem PERC-Prozess.Dadurch können Hersteller diese hocheffizienten TOPCon-Module der nächsten Generation auf modernisierten PERC-Produktionslinien produzieren.

Obwohl die heutigen n-Typ-TOPCon-Module pro Watt etwas mehr in der Herstellung kosten als p-Typ-Mono-PERC-Module, führen die Effizienzgewinne zu niedrigeren Stromgestehungskosten (LCOE) bei groß angelegten Feldeinsätzen.Das Beste ist, dass führende Experten davon ausgehen, dass n-type TOPCon von einer beschleunigten Lernkurve profitieren wird.

Ein primärer Materialvorteil von n-Typ-TOPCon-Zellen im Vergleich zu p-Typ-Mono-PERC-Zellen ist eine geringere Abbaurate aufgrund einer geringeren Anfälligkeit sowohl für lichtinduzierten Abbau (LID) als auch für licht- und erhöhte Temperatur-induzierten Abbau (LeTID).Weitere Vorteile können ein höherer Bifazialitätsfaktor und eine verbesserte Leistung sowohl bei schlechten Lichtverhältnissen als auch bei hohen Temperaturen sein.