Die Heterojunction-Technologie (HJT) wurde lange übersehen, hat aber in den vergangenen Jahren an Bedeutung gewonnen. Sie löst Probleme, die bei herkömmlichen PV-Modulen auftreten. Erfahren Sie hier, welche es sind, wie HJT-Solarmodule funktionieren und was sie einzigartig macht.
Das Wichtigste zuerst
- Heterojunction-Module bestehen aus zwei verschiedenen Zelltypen - kristallinen und Dünnschicht-Solarzellen.
- Heterojunction-Solarzellen unterscheiden sich durch eine homogene Grenzflächenstruktur von herkömmlichen Solarzellen.
- HJT-Solarmodule eignen sich besonders bei limitierter Installationsfläche.
- Sie erreichen einen höheren Wirkungsgrad und benötigen weniger Platz. Sie sind zudem temperaturbeständiger und haben ein besseres Schwachlichtverhalten.
- Die Herstellung ist komplexer, wodurch die Kosten höher sind. Außerdem ist die Verfügbarkeit geringer.
- Für ein HJT-Solarmodul zahlen Sie rund 280 bis 400 € pro kWp.
Was sind HJT-Module?
HJT-Module sind eine Kombination aus kristallinen und amorphen Solarzellen. Ein dünner monokristalliner Siliziumwafer wird auf beiden Seiten mit amorphem Silizium beschichtet. Diese Konstruktion ermöglicht ein breiteres Spektrum der Sonnenlichtabsorption. Infolgedessen erreichen HJT-Solarzellen einen Wirkungsgrad von bis zu 24%.
Wie funktionieren Heterojunction-Solarzellen?
Heterojunction-Solarzellen funktionieren genauso wie normale Solarzellen. Sie verwenden drei Siliziumschichten anstelle von nur einer. Das Sonnenlicht trifft auf die Schichten und regt die Elektronen an. Die dotierte Schicht wechselwirkt mit dem Licht. Diese Bewegung erzeugt einen Stromfluss. Metallkontakte leiten den Strom aus der Zelle ab.
Wie sind HJT-Module aufgebaut?
Die amorphe Siliziumschicht auf dem kristallinen Wafer ist mit Bor und damit mit positiv geladenen Teilchen p-dotiert. Die Dünnschichtzelle darunter ist mit einer Phosphorlegierung n-dotiert. Die kristalline Schicht in der Mitte ist ebenfalls n-dotiert, mit einem Überschuss an Elektronen. Der p-n-Übergang findet nur in der oberen p-dotierten Siliziumschicht statt.
Was ist der p-n-Übergang und was macht es?
Ein p-n-Übergang ist ein Übergang in Halbleiterkristallen zwischen Bereichen mit entgegengesetzter Dotierung. Es trennt freie Elektronen von sogenannten Löchern zur Stromerzeugung. Dafür leitet ein elektrisches Feld im p-n-Übergang freie Elektronen zu den Metallkontakten in der Solarzelle. Die Elektronen werden als Stromspannung an den Metallkontakten abgegriffen.
Was ist der Unterschied zu herkömmlichen Solarzellen?
In herkömmlichen Solarzellen befinden sich die n- und p-Dotierstoffe in einer Siliziumschicht, wodurch eine unregelmäßige Grenzfläche entsteht. Heterojunction-Solarzellen haben eine homogene Grenzflächenstruktur mit minimalen Unregelmäßigkeiten, da die gesamte Schicht die gleiche Dotierung aufweist.
Heteroübergangssolarzellen haben einen Vorteil gegenüber normalen Solarzellen. Durch die glatte Oberflächenstruktur der positiven Schicht verlieren sie nur wenige Elektronen an Löcher. Dadurch kommt es zu einem geringeren Stromverlust beim Übergang von der Solarzelle zum elektrischen Verbraucher. Dementsprechend ist der Wirkungsgrad höher.
| Eigenschaft | Heterojunction Solarzellen | Monokristalline Solarzellen | Polykristalline Solarzellen |
|---|---|---|---|
| Material | monokristallines und amorphes Silizium | monokristallines Silizium | polykristallines Silizium |
| Haltbarkeit | 30 Jahre | 25 bis 30 Jahre | 25 bis 30 Jahre |
| Temperaturkoeffizient | -0,20 %/ºC | -0,45 %/ºC | -0,40 %/ºC |
| Wirkungsgrad | 22 - 25 % | 18 - 23 % | 15 - 20 % |
| Preis | teurer | moderat | günstiger |
Wann ist der Einsatz von HJT-Modulen sinnvoll?
Der Einsatz von HJT-Modul ist besonders bei begrenzter Installationsfläche sinnvoll, zum Beispiel auf Dächern von Einfamilienhäusern. Durch den höheren Wirkungsgrad benötigen Sie eine geringere Anzahl an Solarmodulen. Allerdings sind die Kosten höher. Bei ausreichender Dachfläche lohnen sich herkömmliche monokristalline Solarmodule mehr.
Mit folgendem Beispiel zeigen wir Ihnen, wie viel Fläche Sie durch HJT-Modulen sparen können. Nehmen wir dafür eine 10 kWp-Anlage an.
| Eigenschaften | HJT-Module | monokristalline Solarmodule |
|---|---|---|
| Wirkungsgrad | 24 % | 21 % |
| Leistung (bei Sonneneinstrahlung: 1000 W/m²) | 240 W/m² | 210 W/m² |
| Installationsfläche | 42 m² | 48 m² |
Was sind die Vorteile der HJT-Technologie?
Heterojunction-Solarmodule haben viele Vorteile und sind herkömmlichen Solarmodulen technisch überlegen. Alle Vorteile der Heterojunction-Technologie finden Sie unten.
Hoher Wirkungsgrad
Die Heterojunction-Technologie ist hocheffizient. Mit monofaziale Modulen erreichen Sie einen Wirkungsgrad von circa 26% und bei bifacialen Modulen sogar über 30%. Dies macht sie ideal für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot.
Niedriger Temperaturkoeffizient
Die HJT-Technologie ist resistent gegen Temperaturschwankungen. Dadurch eignet sie sich perfekt für den Einsatz in Umgebungen mit höheren Temperaturen, in denen herkömmliche C-Si-Module nicht leistungsfähig genug sind.
Gute Passivierungseigenschaften
Die Passivierung verhindert, dass Elektronen durch Rekombination verloren gehen. Eine gute Passivierung ermöglicht die Stromerzeugung von mehr Ladungsträgern. Gleichzeitig erhöht es die Spannung, was den Wirkungsgrad verbessert.
Hohe Leerlaufspannung
Die Leerlaufspannung wird am Ausgang einer Spannungsquelle gemessen. Eine hohe Leerlaufspannung aktiviert den Wechselrichter früher und wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um. HJT PV-Module produzieren dank ihrer hohen Leerlaufspannung mehr Strom.
Besseres Schwachlichtverhalten
HJT-Solarmodule sind im Vergleich zu herkömmlichen Siliziummodulen weniger anfällig für Verschattungen. Obwohl Teile des Moduls verschattet sind, liefern HJT-Solarzellen immer noch einen soliden Ertrag.
Hohe Bifazialität
Die HJT-Solarzelle hat einen Bifazialitätsfaktor von 92% und ist damit ideal für den Einsatz in bifazialen Solarmodule.
Was sind die Nachteile von Heterojunction?
Es gibt wenige Nachteile von Heterojunction-Solarzellen.
Komplexere Konstruktion
Die HJT-Technologie erfordert eine präzise Formgebung von p- und n-dotierten Schichten sowie eine Tunnelverbindung. Diese Komplexität im Design führt zu längeren Lieferzeiten und höheren Kosten.
Wenige Hersteller
HJT-Solarzellen haben aufgrund komplexer Produktionsprozesse nur einen Marktanteil von 2 bis 5%. Aus diesem Grund sind HJT-Solarmodule weniger verfügbar, sodass längere Lieferzeiten entstehen.
Höhere Kosten
HJT-Solarmodule sind in der Herstellung komplexer und erfordern spezielle Fertigungsverfahren, was zu höheren Produktionskosten führt. Aus diesem Grund sind HJT-Module in der Regel teurer als herkömmliche kristalline PV-Module.
Was kosten HJT-Solarmodule?
Die Preise für HJT-Solarmodule liegen im Schnitt bei 360 € pro kWp. Herkömmliche PV-Module kosten hingegen 280 € pro kWp.
Kosten HJT vs. herkömmliche Solarmodule
Welche Hersteller produzieren HJT-Module?
Eine Übersicht einiger Hersteller von Heterojunction-Solarzellen weltweit:
| Hersteller von HJT-Solarmodulen | Modell | Herkunftsland | Modulleistung |
|---|---|---|---|
| Luxor Solar | ECO LINE M108 | Deutschland | 440 W |
| Panasonic | HIT® N340 | Japan | 340 W |
| REC Group | REC Alpha Pure-R | Norwegen | 400 W |
| Meyer Burger | Meyer Burger Black | Schweiz | 400 W |
| Jinergy | JNHM72-400 | China | 400 W |
| Risen Energy | RSM132-7-395M | China | 400 W |
| 3SUN (Enel Green Power) | 3SUN HJT 400 | Italien | 400 W |
| Sunpreme | Maxima GxB 400 | USA | 400 W |
| MG Solar | HJT MG 144HC-400W | China | 400 W |
| Canadian Solar | HiKu7 CS6R-400MS | Kanada | 400 W |
Wie unterscheidet sich HJT von anderen Technologien?
Neben der HJT-Technologie arbeiten Solarzellenhersteller an weiteren leistungssteigernden Technologien. Unter anderem an TOPCon-, PERC- oder bifacialen Solarzellen.
Zur besseren Übersicht:
| Eigenschaft | HJT-Solarzellen | PERC-Solarzellen | TOPCon-Solarzellen |
|---|---|---|---|
| Struktur | Kombination aus monokristallinem und amorphem Silizium | monokristallines oder polykristallines Silizium mit passivierter Rückseite | monokristallines Silizium mit Tunneloxidschicht und stark dotierter Siliziumschicht |
| Effizienz | sehr hoch (22 - 26 %) | hoch (20 - 22 %) | sehr hoch (22 - 24 %) |
| Temperaturkoeffizient | gering | mittel | gering |
| Degradation | sehr gering | gering bis mittel | sehr gering |
| Herstellungskosten | hoch | niedrig bis mittel | mittel bis hoch |
| Verfügbarkeit | steigend, aber weniger verbreitet | weit verbreitet | steigend |
| Besondere Merkmale | Kombination verschiedener Materialien für hohe Effizienz, niedrige Rekombination | passivierte Rückseite für verbesserte Lichtabsorption und geringere Rekombination | verbesserte Passivierung und reduzierte Oberflächenrekombination durch Tunneloxid und dotiertes Silizium |
| bifaziale Nutzung | möglich | möglich | möglich |
| Vorteile | hoher Wirkungsgrad, niedriger Temperaturkoeffizient, geringe Degradation, bifaziale Optionen | gute Effizienz, kostengünstig, ausgereifte Technologie | hoher Wirkungsgrad, niedriger Temperaturkoeffizient, geringe Degradation, bifaziale Optionen |
| Nachteile | hohe Produktionskosten und technologische Komplexität | höhere Degradation als HJT und TOPCon, moderater Temperaturkoeffizient | hohe Produktionskosten und tech |
HJT vs. TOPCon
Die HJT- (Heterojunction) und die TOPCon-Technologie (Tunnel Oxide Passivated Contact) weisen mehrere wesentliche Unterschiede auf:
- Struktur und Aufbau: HJT-Module erreichen hohe Wirkungsgrade von 22 bis 25% durch die Kombination von amorphem und kristallinem Silizium. TOPCon-Module hingegen erreichen Wirkungsgrade von 21 bis 24%. Sie verwenden einen kristallinen Siliziumwafer, der mit einer Tunneloxid- und Polysiliziumschicht passiviert ist.
- Temperaturkoeffizient: HJT-Module haben einen niedrigeren Temperaturkoeffizienten von -0,25%/°C. Das bedeutet, dass ihre Leistung bei hohen Temperaturen weniger stark abfällt. Im Vergleich dazu haben TOPCon-Module einen etwas höheren Koeffizienten von -0,30%/°C. Dennoch ist der Unterschied minimal.
- Degradationseffekte: HJT-Module sind sehr widerstandsfähig gegen den Abbau durch Faktoren wie lichtinduzierten Abbau (LID) und potenzialinduzierten Abbau (PID). TOPCon-Module weisen ebenfalls niedrige Degradationsraten auf, die allerdings etwas höher als bei HJT-Modulen sind.
- Herstellungskosten und -komplexität: Die Herstellung von HJT-Modulen ist kostspielig und technologisch anspruchsvoll. TOPCon-Module werden günstiger produziert. Sie werden leicht in die derzeitigen PERC-Produktionslinien integriert.
- Verfügbarkeit: HJT-Module sind weniger verbreitet, da sie kostspielig und komplex in der Herstellung sind. TOPCon-Module werden schneller und zu geringeren Kosten hergestellt, was sie wirtschaftlich rentabler macht.
Heterojunction vs. Bifacial
HJT- und bifacial sind keine konkurrierenden Technologien. Vielmehr ergänzen sie sich hervorragend und erreichen dadurch höhere Wirkungsgrade bis zu 30%.
Sowohl HJT- als auch bifaciale Solarzellen können Licht von der Rückseite der Zelle nutzen. HJT-Module absorbieren das Licht durch die untere amorphe Schicht auf der Rückseite. Bifacial-Module verwenden eine zweite Glasscheibe, damit sie das Sonnenlicht zurück in die Zelle reflektieren.
Heterojunction vs. PERC-Solarzellen
Die HJT- und die PERC-Technologie (Passivated Emitter and Rear Cell) weisen wesentliche Unterschiede auf.
- HJT-Module haben einen Wirkungsgrad von 22 bis 25%, während PERC-Module nur einen Wirkungsgrad von 20 bis 22% erreichen.
- HJT-Module haben einen Temperaturkoeffizienten von -0,25%/°C, was zu einem geringeren Leistungsverlust bei hohen Temperaturen führt. PERC-Module haben einen Temperaturkoeffizienten von -0,35 %/°C. Somit verlieren Sie bei steigenden Temperaturen mehr an Leistung.
- HJT-Module weisen geringe Degradationseffekte auf, was sie weniger anfällig für LID und PID macht. PERC-Module sind anfälliger für diese Degradationseffekte, was ihre langfristige Stabilität beeinträchtigt.
- HJT-Module sind teurer und komplexer in der Herstellung, während PERC-Module billiger und einfacher zu fertigen sind.
- HJT-Module sind weniger verbreitet und befinden sich erst im Anfangsstadium der Vermarktung. PERC-Module hingegen sind bei den meisten Herstellern verfügbar. Die Technologie ist ausgereift und die Herstellung standardisiert.
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