TOPCon-Module: Effizienter, langlebiger, leistungsstärker?
Das Wichtigste in Kürze:
- Die TOPCon-Zelltechnologie ist eine Weiterentwicklung der PERC-Solarzellen und hat einen Wirkungsgrad von bis zu 25%. Sie erreicht ihre längere Lebensdauer durch eine spezielle Siliziumoxid-Schicht, die Leistungsverluste minimiert.
- TOPCon-Module sind bei hohen Temperaturen widerstandsfähiger und effizienter bei schwachem Licht.
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Was bedeutet TOPCon?
Das Kürzel TOPCon steht für "Tunnel Oxide Passivated Contact" und beschreibt eine spezielle Bauweise von Solarzellen.
Das TOPCon-Konzept basiert darauf, dass das Metall der Anschlusskontakte nicht direkt mit der Siliziumschicht in Berührung kommt, wodurch die für Leistungsverluste an der Zellrückseite verantwortliche Rekombination der Ladungsträger verhindert wird.
Um dies zu erreichen, wird eine sehr dünne Siliziumoxidschicht (nur wenige Nanometer dick) auf die Zelloberfläche aufgebracht. Diese SiO₂-Schicht passiviert die Oberfläche, indem sie den Durchgang einer Art von Ladungsträger blockiert, und ist dennoch so dünn, dass der Strom quantenmechanisch „hindurchtunneln“ kann. Zusätzlich zur „Tunnelschicht“ wird eine weitere Schicht aus hochdotiertem Silizium eingefügt, die die elektrische Leitfähigkeit erhöht und Verluste bei der Übertragung reduziert.
Der Unterschied zwischen p-Type und n-Type-Solarzellen
Die p-Typ-Zellen nutzen „Löcher“ (fehlende Elektronen) für die Stromerzeugung, während n-Typ-Zellen viele freie Elektronen als Hauptladungsträger bereitstellen. Die in der Herstellung einfachen p-Typ-Zellen dominierten lange Zeit den Markt, doch immer mehr Hersteller wechseln zu n-Typ-Solarzellen, weil diese eine deutlich höhere Effizienz aufweisen.
Wie funktionieren TOPCon-Module?
TOPCon-Solarzellen eines Solarmodules bestehen aus mehreren Schichten. Besonders relevant ist dabei die Rückseite der Zelle. Darauf wird eine sehr dünne Schicht aus Siliziumoxid aufgetragen. Diese Schicht dient dazu, die Oberfläche zu „passivieren“, das heißt, sie verhindert, dass Ladungsträger (wie Elektronen) an der Oberfläche verloren gehen. Obwohl diese Schicht den direkten Kontakt blockiert, kann der Strom aufgrund eines quantenmechanischen Effekts (Tunneleffekt) trotzdem durch diese dünne Schicht fließen. Über der Oxidschicht liegt eine zusätzliche Schicht aus hochdotiertem Silizium, die die elektrische Leitfähigkeit der Zelle verbessert. Der Aufbau sorgt dafür, dass das Metall der Kontaktstellen nicht direkt mit der Siliziumschicht der Solarzelle in Berührung kommt, was den Stromfluss erleichtert und Leistungsverluste verhindert.
Welche Vorteile bieten TOPCon-Module?
TOPCon-Module bieten signifikante Vorteile gegenüber traditionellen Solarmodulen:
- Hoher Wirkungsgrad: TOPCon-Module weisen nach Forschungen des Frauenhofer Instituts einen Wirkungsgrad von über 25% auf. Die Kombination aus einer speziellen Siliziumoxid-Schicht und einer hochdotierten Silizium-Schicht minimiert den Verlust von Ladungsträgern und verbessert die elektrische Leitfähigkeit, was zu einer höheren Stromerzeugung bei gleicher Sonnenstrahlung führt.
- Hohe Temperaturstabilität: Die Solarmodule halten ihre Leistung bei hohen Temperaturen besser als viele andere, weil der Aufbau und die verwendeten Materialien die negativen Effekte von Wärme besser ausgleichen.
- Erhöhte Langlebigkeit: Die Passivierungsschicht verhindert die Rekombination von Elektronen und Löchern an der Zelloberfläche. Die Solarmodule zeigen daher eine geringere Degradation über die Zeit, was die Lebensdauer der Module verlängert und die langfristige Leistung stabil hält.
- Schwachlichtverhalten: TOPCon-Solarzellen sind effizienter bei niedrigen Bestrahlungsstärken. Dies verbessert die Leistung bei diffusem Licht und bewirkt, dass die Module auch bei geringem Sonnenlicht besser Strom erzeugen.
- Hoher bifazialer Faktor: TOPCon als bifaziale Module können von beiden Seiten Strom produzieren. Der Bifazial-Koeffizient von über 80 % ermöglicht eine effiziente Umwandlung von Streulicht auf der Rückseite des Moduls, was die Stromerzeugung im Ganzen steigert.
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Welche technologischen Herausforderungen bestehen aktuell für TOPCon Module
Trotz fortschrittliche Zelltechnologie und der hohen Effizienz von TOPCon-Modulen gibt es auch einige Herausforderungen, die bei ihrer Nutzung berücksichtigt werden sollten:
- Höhere Kosten: TOPCon-Solarzellen benötigen im Aufbau mehr Silber als andere, was die Produktionskosten weiter erhöht.
- UV-induzierte Degradation (UVID): TOPCon-Module könnten anfälliger für UV-induzierte Degradation sein. Das bedeutet, dass sie möglicherweise schneller an Leistung verlieren, wenn sie über längere Zeit intensiver UV-Strahlung ausgesetzt sind.
Was ist besser TOPCon oder PERC?
| TOPCon | PERC | |
| Wirkungsgrad | Bis zu 22 - 25% | Bis zu 20 - 22% |
| Temperaturkoeffizient | Widerstandsfähiger bei hohen Temperaturen | Etwas anfälliger bei hoher Temperatur |
| Lebensdauer und Degradation | Geringere Degradation, längere Lebensdauer | Höhere Degradation, kürzere Lebensdauer |
| Bifazialer Faktor | Bis zu 85% | 70% |
| Schwachlichtverhalten | Besser, da effizienter bei niedriger Bestrahlung | Weniger effizient bei schwachem Licht |
Alles zu PERC-Zellen
Erfahren Sie in unserem Beitrag “PERC-Zellen Was können sie und lohnen sie sich noch?”, wie diese Solarzellen im Vergleich zu TOPCon-Solarzellen abschneiden.
Wirkungsgrad Vergleich der verschiedenen Solarzelltechnologien
Das Diagramm zeigt den Wirkungsgrad verschiedener Solarzellentechnologien von 2010 bis 2030. Während Technologien wie TOPCon oder Silizium-Tandem stetig höhere Wirkungsgrade (über 25 %) erreichen, stagnieren ältere Technologien wie PERC. Der Trend weist auf eine jährliche Effizienzsteigerung von +0,6 % hin.
Zukünftige Entwicklungen und Ausblick
PERC-Module dominieren nach wie vor den Markt durch ihre kostengünstige Herstellung und bewährte Leistung. Doch TOPCon-Solarzellen, die vom Fraunhofer ISE entwickelt wurden, gewinnen zunehmend an Bedeutung, aufgrund ihrer höheren Effizienz und längeren Lebensdauer. TOPCon-Module sind derzeit noch teurer in der Produktion, trotzdem verbauen einige Hersteller wie die SENEC schon die n-Type-Solarzellen und zeigen, dass sie langfristig eine ernsthafte Alternative zu PERC werden könnten. Aktuell hergestellte Module sind fast alle n-Type TOPCon – es ist state-of-the-art Technologie.
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