Die Solarzellentechnologie genießt Aufmerksamkeit
Vor einigen Jahren waren die zugrundeliegenden Technologien der Solarzellen nicht so sehr im Fokus der Präsentationen und Argumentationen der Solarmodulhersteller. Es gab natürlich Firmen wie Sunpower oder Panasonic und die Dünnschicht-Player, die ihre sich unterscheidenden Technologien in den Vordergrund rückten und über die Vorteile von CdTe, CIGS oder amorphem Silizium berichteten. Aber für die meisten Hersteller von Solarmodulen aus kristallinen Silizium gab es nicht so viel zu sagen, da sie sich auf die Al-BSF-Technologie stützen, deren inkrementelle Evolution zusätzliche Effizienz brachte.

Dies begann sich zu ändern, als die Grenze der Al-BSF-Technologie, die das Wachstum der Branche für vier Jahrzehnte begleitete, in Sichtweite rückte. Solarzellenhersteller mussten sich etwas Neues einfallen lassen, um die Effizienz der Solarzellen trotzdem weiter zu steigern. Wir sahen unterschiedliche Versuche: Metal Wrap Architekturen und auch selektive Emitter waren zeitweise ein heißes Thema. Aber es ist die 30 Jahre alte PERC-Architektur, die es der Universität von New South Wales ermöglichte, eine Solarzellen-Effizienz von 25% zu erreichen, die schließlich mit einem tragfähigen Konzept auf dem Markt gebracht wurde. Während man begann den Begriff PERC zu erwähnen, um den Leistungsunterschied zu Al-BSF-basierten Produkten zu unterstreichen und ein Gefühl der Neuheit zu bringen, wurde es auch üblich, dass die Ergebnisse auf p-Typ Solarzellen erreicht wurden, da sich die Lücke in der Leistungsklasse zu n-Typ Solarzellen schloss. Das Argument war dann, dass der p-Typ billiger sein.

Heute hält die Unterscheidung zwischen p-Typ und n-Typ immer noch an, da es verschiedene Wege gibt, die von den Herstellern entlang der Wertschöpfungskette genommen werden, um sich in Effizienz, Kosten und weiteren Merkmalen zu differenzieren. Während p-Typ Mono und Poly PERC entwickelt werden, entwickelt sich auch der n-Typ weiter. Die ITRPV prognostiziert einen Gewinn an Marktanteilen, wenn auch noch ein gutes Stück unter den großen Technologien.

Die Unterschiede zwischen p-Typ und n-Typ Solarzellen
Die p-Typ Solarzelle ist die Solarzellenstruktur, die jeder kennt und die in den letzten vier Jahrzehnten den größten Anteil des Marktes hält.
P-Typ Solarzellen basieren darauf, dass die Zelle auf einer positiv geladenen (daher p-Typ) Siliziumbasis aufgebaut ist. Der Wafer ist mit Bor dotiert, mit einem Elektron weniger als Silizium. Die Oberseite des Wafers ist dann mit Phosphor, der ein Elektron mehr hat als Silizium, negativ dotiert (n-Typ). Durch diese p-n-Verbindung wird der Stromfluss in der Zelle ermöglicht.

N-Typ Solarzellen sind umgekehrt gebaut, wobei die n-dotierte Seite als Basis der Solarzelle dient. Die erste Solarzelle, die von den Bell Laboratories im Jahre 1954 produziert wurde, war eine n-Typ, Rückkontakt, Solarzelle. Die allerersten Jahre brachten eine rasche und wichtige Effizienzsteigerung. Die p-Typ Struktur übernahm dann aber die Führung in der Branche, weil die Solartechnik in den frühen Tagen ihrer Entwicklung vor allem für die Raumfahrt eingesetzt wurde, und es stellte sich heraus, dass die p-Typ-Struktur eine bessere Beständigkeit gegen Strahlungen für Raumfahrtanwendungen hatte. Dann entwickelte sich die Branche mit der Strukturierung der Wertschöpfungskette und die Technologie konnte die Vorteile von Skaleneffekten genießen.

Was sind dann die Hauptunterschiede zwischen den beiden Zelltypen?

– Die Effizienz: Die leistungsstärksten Solarzellen, die heute auf dem Markt erhältlich sind, werden auf n-Typ Basis hergestellt. Der Hauptgrund für ihre überlegene Effizienz liegt in der höheren Trägerlebensdauer, denn die Technologie ist nicht anfällig für den sogenannten Bor-Sauerstoff-Defekt. In der Tat, neigen Ingots, wenn sie gezogen werden, dazu, eine hohe Konzentration an gelöstem Sauerstoff zu haben, der aus dem Quarz des Tiegels mit dem geschmolzenen Silizium stammt. In Gegenwart von Bor-dotiertem Silizium bildet dieser Sauerstoff einen Rekombinationsbereich, der als Bor-Sauerstoff-Defekt bekannt ist und der die Effizienz schädigt. Bei der Verwendung von n-Typ-Solarzellen, die mit Phosphor dotiert sind, verschwindet dieser Effekt. Auch sind n-Typ Solarzellen weniger anfällig für metallische Verunreinigungen des Siliziums.

– Lichtinduzierter Degradationseffekt: n-Typ Solarzellen sind immun gegen LID, wieder dadurch, dass kein Bor-Sauerstoff-Defekt auftritt.

– Kosten: Im Allgemeinen, mit Ausnahme kleinerer Unterschiede, unterscheidet sich der Prozess zur Herstellung von Ingots nicht wesentlich zwischen p-Typ und n-Typ Solarzellen. Die Skaleneffekte in der nachfolgenden Wertschöpfungskette fallen zugunsten des p-Typs aus. Auch der Herstellungsprozess des Solarmoduls umfasst mehr Schritte und macht das mit n-Typ Solarzellen gebaute Modul teurer.

Was ändert sich für Modulkäufer?
Wenn Sie den wissenschaftlichen Jargon entfernen, bedeuten die Unterschiede zwischen p-Typ und n-Typ keine grundlegenden Verhaltensänderungen für den Modulkäufer. Erstens, weil die Solartechnik, wie es auch in anderen Branchen der Fall ist, dazu neigt, eine Evolution in S-Kurve zu verfolgen. Das bedeutet, dass irgendwann neuere Technologien ältere Technologien ersetzen werden. Es gibt frühe Adaptoren und Nachzügler, aber die Begründung der Industrie ist es, ihre Technologie zu verbessern. Die Entwicklung und Annahme der PERC-Technologie ist in dieser Hinsicht ein gutes Beispiel. Zweitens müssen Modulkäufer immer zwischen Produktmerkmalen wählen, die sie bewerten (Effizienz, Erträge, Qualität, Leistungsbeständigkeit, Marke …) und deren Kosten.

Quelle

– Martin Hermle, Silicon Solar Cells – Current Production and Future Concepts, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, BESSY II Foresight Workshop on Energy Materials, 10 October 2016

– Green MA, 2001, Crystalline silicon solar cells, in Archer MD;Hill R (ed.), Clean Electricity from Photovoltaics, edn. Original, Imperial College Press, United Kingdom, pp. 149 – 197

– MacDonald, D 2012, The emergence of n-type silicon for solar cell manufacture, Australia and New Zealand Solar Energy Society Conference (Solar 2012), Australian Solar Energy Society, Sydney NSW, p. 6

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