1. Was bedeutet PERC?
Wörtlich steht es für „Passivated Emitter and Rear Cell“ = Zelle mit passivierter Emissionselektrode und Rückseite. Sie finden auch den Begriff „Passivated Emitter and Rear Contact“.

2. Was ist das?
Die PERC-Technologie definiert einen Solarzellenaufbau, der sich von dem Aufbau der Standard-Zelle unterscheidet. Da die Standard-Zelle seit drei Jahrzehnten im Einsatz ist, wurde sie in der Regel bereits hinlänglich in Photovoltaik-Handbüchern vorgestellt.

Heute sieht der Aufbau der überwiegenden Mehrheit der kristallinen Solarzellen so aus.
Von oben nach hinten:

– Siebdruck mit Silberpaste, um die Kontakte zu bilden
– Antireflex-Beschichtung
– Phosphor diffundierte, Bor dotierte Silizium-Wafer, die den P-N-Übergang bilden
– Aluminium Rückseitenoberfläche „Back Surface Field“ (Al-BSF)
– Siebdruck mit Aluminiumpaste

Das Ziel der Forschung und Entwicklung ist es, möglichst viele Elektronen aus der Solarzellen heraus zu holen. Die Architektur der PERC Zelle ermöglicht im Wesentlichen eine verbesserte Lichtausbeute im hinteren Bereich der Zelle, die wiederum die Elektronenausbeute erhöht.

3. PERC und PERC?
Unter dem Akronym PERC finden wir auch die „PERL“, „PERF“ oder „PERT“ genannten Technologien. Auch wenn diese zunächst nicht in der Nomenklatur der PERC Zelle aufgeführt werden, gelten als Teil der gleichen Familie.

4. Was ist das Interessante an der PERC-Technologie?
Der Hauptvorteil des PERC-Aufbaus ist, dass höhere Effizienzen der Solarzellen erreicht werden können, als mit der Standard-Zelltechnologie, die an ihre physikalischen Grenzen stößt. Mit dem derzeitigen Stand der PERC-Technologie ist es möglich, bis zu 1% absoluten Effizienzgewinn zu erreichen. Da der Herstellungsprozess aus mehreren Schritten besteht, ermöglicht die Erhöhung der Effizienz, die Kosten zu senken. Auch auf Systemebene. Der Heilige Gral ist es, die Effizienz zu verbessern und gleichzeitig die Kosten zu reduzieren. Und die Effizienzsteigerung der Solarzellen ist ein Beitrag zur Reduktion der Kosten.
So repräsentiert der PERC Zell-Aufbau eine aussichtsreiche Möglichkeit hocheffiziente Solarzellen zu wettbewerbsfähigen Preisen herzustellen.

5. Ist es neu?
Die PERC-Technologie ist eigentlich gar nicht neu. Erstmals wurde die Technologie im Jahr 1983 an der University of New South Wales in Australien erwähnt und das erste Papier [1] geht auf das Jahr 1989 zurück. Da dieses veröffentlichte Konzept der Zelle das beste Potential bot einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, verwendet es die UNSW, um mehrere Effizienz-Weltrekorde zu erreichen. Ihre monokristallinen Solarzellen brachten es auf eine Effizienz von fast 25%. [2] Die beiden anderen konkurrierenden Technologien waren die Back-Contact-Technologie, die durch Sunpower populär wurde, und die HIT-Technologie, die von Panasonic vermarktet wurde.

6. Warum jetzt?
Es ist interessant zu betonen, dass der Standard-Zellaufbau seit Mitte der 80er Jahre im Einsatz war. Seitdem ging die Technologie durch schrittweise Verbesserungen, mit besseren Pasten für die Frontkontakte, dünneren Kontaktfingern, Antireflex-Beschichtungen… Es dauerte fast 30 Jahren um die Wirkungsgrade auf Forschungsebene auch in der Solarbranche zu erreichen.
Die folgende Grafik gibt eine Übersicht über das langjährige Bestreben der Solarindustrie ihre Technologie zu verbessern.

Wie bereits erwähnt, gibt es immer eine Lücke zwischen den auf Forschungsebene erreichten Leistungen und dem, in der Massenproduktion im industriellen Maßstab, Möglichen. Die Industrie muss tatsächlich immer Kompromisse zwischen der technischen und wirtschaftlichen Tragfähigkeit eines Konzepts eingehen. In den letzten 30 Jahren war die stetige schrittweise Verbesserung der Standard-Zelltechnologie sowohl wirtschaftlich als auch technisch interessant. Nun, da die Grenzen der Standard-Technologie erreicht wurden, dafür aber mehr technisches Wissen in der gesamten Wertschöpfungskette aufgebaut wurde, ist es an der Zeit, die PERC-Technologie einzuführen, um eine neue tragfähige Plattform zu bilden.
Wie von der ITRPV (International Technology Roadmap for Photovoltaic), a erwartet, wird die PERC-Technologie schrittweise den größten Marktanteil einnehmen.

7. Bietet die PERC-Technologie an sich ein besseres Schwachlichtverhalten?
Parallel zur Entwicklung der PERC-Technologie, erschienen auf den Produktdatenblättern der Modulhersteller auch Argumente zur höheren Leistung aufgrund eines besseren Schwachlichtverhaltens. Es ist legitim zu fragen, ob diese beiden Fakten im Zusammenhang stehen. Es ist wahr, dass Sie PERC-basierten Module mit verbessertem Schwachlichtverhalten finden. Es hat jedoch nichts mit der PERC-Technologie an sich zu tun. Alle Zelltechnologien haben das Potenzial, eine verbesserte Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen zu bieten, und wir werden dieses Thema demnächst in einem eigenen Blog-Post adressieren.

8. Die Herausforderungen der Technik
Wie bei jeder neuen Technologie, ist es die Herausforderung, die PERC-Technologie vom Labor auf die Großanlage zu übertragen. Bei aleo haben wir das Know-how, und sind innerhalb unseres Konzerns schon lange in der Lage, diese Zellen herzustellen. Seit diesem Jahr sogar am Standort Deutschland.

Unter den Herausforderungen mit der PERC-Technologie, gibt es auch zwei, die in erster Linie den Besitzer der, mit dieser Technologie ausgestatteten, Module betreffen.

Die erste ist die lichtinduzierte Degradation (LID). Die LID Effekt führt dazu, dass ein Solarmodul bei seinem ersten Kontakt mit Licht einen Prozentsatz seiner Leistung einbüßt. Es erklärt, warum die Hersteller mit linearen Leistungsgarantien nie 100% der Leistung nach dem ersten Jahr garantieren. Die PERC-Technologie ist empfindlicher und hat ein erhöhtes Potential für die LID.

Das zweite Thema ist die Potenzialinduzierte Degradation (PID/ engl.: Potential Induced Degradation). Hier gibt es zahlreiche Aufsätze und Artikel, insbesondere hinsichtlich polykristalliner PERC Zellen die noch einmal anfälliger sind. Dieser Defekt ist nicht trivial, da er die Leistung einer kompletten Solaranlage zerstören kann. Die beste Empfehlung die wir zu diesem Thema aussprechen können ist Folgende: stellen Sie sicher, dass die Module die Sie bestellen das Zertifikat gemäß IEC TS 62804 für die PID-Resistenz haben und dass das Vertrauen in die Konsistenz der Materialauswahl und Prozesse des Hersteller besteht. So stellen Sie sicher, dass das Produkt PID frei ist.

Quelle

[1]: A.W.Blakers, A.Wang, A.M.Milne, J.Zhao, M.A.Green, 22.8%Efficient Silicon Solar Cell, Appl. Phys. Lett. 55 (1989) 1363–1365.
[2]: Zhao J; Wang A; Keevers MJ; Green MA, 2000, High efficiency PERT cells on SEH p-type Si substrates and PERT cells on SHE n-type Si substrates

[3]: M.A. Green, The Passivated Emitter and Rear Cell(PERC):From conception to mass production, Solar Energy Materials & Solar Cells 143 (2015) 190–197

[4]: M.A. Green, Forty Years of Photovoltaic Research at UNSW, Journal and Proceedings of the Royal Society of New South Wales, vol. 148, nos. 455 & 456, pp. 2-14