PERC Solarzellen: Höherer Wirkungsgrad aber auch besser?

Kai Janßen
Zuletzt aktualisiert:
25/08/2021
Kategorie: Solarzellen

Das Akronym PERC steht für „Passivated Emitter and Rear Cell“, übersetzt also für „Zelle mit passiviertem Emitter und passivierter Rückseite“. PERC-Solarzellen besitzen also eine Schicht an ihrer Rückseite, die passiv langwelliges Licht in die Solarzelle zurückstrahlt.

Was sind PERC-Solarzellen? 

PERC-Solarzellen können rotes Licht besser in Strom umwandeln, wodurch sie einen Effizienzvorteil gegenüber konventionellen Solarzellen aufweisen. Dieser beruht darauf, dass auf der Rückseite der Solarzelle eine reflektierende Schicht aufgebracht ist. Diese reflektiert rotes Licht, das keinen Strom erzeugt hat, in die Zelle zurück. Dort kann dieses Licht dann verwertet und in Strom umgewandelt werden.

Funktionsweise einer PERC-Solarzelle

Solarzellen besitzen in der Praxis zumeist Siliziumhalbleiter. Hierbei handelt es sich um zwei hauchdünne und unterschiedlich gepolte Siliziumschichten. Trifft Licht auf den Halbleiter, entsteht am Übergang der beiden Schichten Strom. Denn die Photonen des Lichts lösen Elektronen aus dem Silizium heraus. Diese können dann als nutzbarer Strom abgegriffen werden.

Die einzelnen Solarmodule bestehen aus Solarzellen, die kleine "Kraftwerke" der PV-Anlage sind. Erfahren Sie alles über Solarzellen und lernen über den Aufbau, die Funktionsweise und welche Arten es gibt.

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 Sonnenlicht setzt sich aus Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen und Farben zusammen. Blaues Licht hat eine geringe Wellenlänge, rotes Licht eine vergleichsweise große. 

Trifft das Sonnenlicht auf die Solarzelle, löst zunächst dessen blauer und kurzwelliger Teil Elektronen aus dem Halbleiter. Je länger die Wellenlänge ist, desto weiter hinten im Halbleiter setzen die Lichtphotonen Elektronen frei. Insbesondere Photonen des langwelligen rotes Lichts „verfehlen“ den Halbleiter häufig und verlassen die Solarzelle somit ungenutzt an ihrer Rückseite. 

An dieser Stelle kommt die spezielle PERC-Schicht der Zellen zum Tragen. Denn diese ist eine Reflexionsschicht an der hinteren Seite der Solarzelle. Sie reflektiert das bisher ungenutzte Licht in die Solarzelle zurück. Dort erhalten die entsprechenden Photonen „eine zweite Chance“, Elektronen freizusetzen.

Somit können PERC-Solarzellen langwelliges Licht besonders gut verwerten, weshalb ihr Wirkungsgrad höher als der vergleichbaren Zellen ohne PERC-Schicht ist.

Der Wirkungsgrad einer Solarzelle determiniert die Effizienz, mit der aus dem einfallenden Sonnenlicht Strom erzeugt werden kann. 

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Unterschiede zu herkömmlichen Solarzellen

PERC-Solarzellen besitzen einen höheren Wirkungsgrad, aber auch eine höhere Degradation als herkömmliche Solarzellen. Dies ist auf den unterschiedlichen Aufbau der beiden Zelltypen zurückzuführen. Dieser unterscheidet sich an der Rückseite der jeweiligen Zellen.

Während bei konventionellen Zellen der Siliziumwafer des Halbleiters direkt mit der rückseitigen Aluminiumschicht verbunden ist, sind diese beide Schichten bei einer PERC-Zelle durch eine spezielle elektrische Schicht getrennt. Diese Schicht ist mit einem Laser perforiert. Somit treten der Wafer und die Aluminiumschicht bei PERC-Zellen nur durch diese extrem feinen Löcher in direkten Kontakt.

Die Zwischenschicht dient dazu, langwelliges Licht, das die Solarzelle verlässt, wieder in die Zelle zurück zu reflektieren. Somit kann dieses Licht zur Stromerzeugung genutzt werden, wodurch sich der Wirkungsgrad der Zelle erhöht. Da aber insbesondere langwelliges Licht zur Degradation der Photovoltaikzelle beiträgt, ist diese bei PERC-Zellen erhöht.

Vor- und Nachteile von PERC-Solarzellen

PERC-Solarzellen besitzen einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad. Schließlich können sie auch die Anteile des Lichts nutzen, die herkömmliche Photovoltaikzellen verlassen hätten, ohne Strom zu erzeugen.

Gegenüber konventionellen Solarzellen weisen PERC-Zellen somit einen um ungefähr 1 Prozentpunkt höheren Wirkungsgrad auf. Besonders in den Morgen- und Abendstunden ist der Vorteil bezogen auf den Wirkungsgrad sehr hoch. Denn zu diesen Tageszeiten steht die Sonne flach am Himmel.

Der vergleichsweise lange Weg der Solarstrahlung durch die Atmosphäre sorgt dafür, dass ein hoher Anteil des kurzwelligen blauen Lichts gestreut wird und somit nicht bis zur Erdoberfläche gelangt. Somit ist zu dieser Zeit der Anteil roten Lichts an der Gesamteinstrahlung besonders hoch. Dadurch, dass PERC-Solarzellen dieses Licht sehr gut verwerten können, erzielen sie auch unter solchen Schwachlichtbedingungen einen zufriedenstellenden Ertrag.

Den Vorteilen der PERC-Technik stehen allerdings auch einige Nachteile gegenüber, die deren Verbreitung erschweren.

Zum einen ist der Herstellungsprozess eines PERC-Solarpaneels relativ kompliziert. Deshalb sind PERC-Module in der Anschaffung vergleichsweise teuer.

Darüber hinaus sind PERC-Solarzellen auch einer höheren Degradation als herkömmliche Solarmodule ausgesetzt. Unter Degradation versteht man den Leistungsrückgang im Verlauf der Lebensdauer eines Moduls. Dieser wird insbesondere durch langwelliges Licht begünstigt, weshalb PERC-Zellen besonders anfällig sind.

Anbieter von PERC

Derzeit agieren viele unterschiedliche Hersteller von PERC-Photovoltaikzellen am Markt. Die bekanntesten sind:

  • Ja Solar
  • Jinko Solar
  • Trina Solar
  • Sharp
  • Solarwatt
  • Winaico

Was kosten PERC-Zellen?

PERC-Solarzellen sind in der Herstellung vergleichsweise teuer. Dies schlägt sich in einem relativ teuren Anschaffungspreis, verglichen mit konventionellen Zellen, nieder. Auch im Vergleich zu Halbzellenmodulen schneiden PERC-Solarzellen bezogen auf den Kaufpreis schlechter ab.

Wann ist PERC eine gute Wahl? 

PERC-Solarzellen eignen sich besonders, wenn ein hoher Wirkungsgrad der Photovoltaikanlage angestrebt wird. Steht beispielsweise nur eine kleine Dachfläche zur Verfügung, sind PERC-Module häufig eine gute Wahl.

Ihr guter Wirkungsbereich in den Morgen- und Abendstunden können dazu führen, dass der lukrative Eigenverbrauch gesteigert wird. Allerdings sollte immer genau abgewogen werden, ob die PERC-Technologie anderen Lösungen wie monokristallinen Solarzellen oder ausgeklügelten Energiespeichern tatsächlich überlegen ist.

Monokristalline Solarzellen sind die effizienteste Art von Solarzellen auf dem heutigen Markt. Sie sind teuer, verfügen jedoch über eine hohen Wirkungsgrad.

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Haben PERC-Solarzellen Zukunft?

Der Markt für Photovoltaikanlagen zeichnet sich durch eine hohe Dynamik aus. Deshalb ist es nahezu unmöglich, die Entwicklung der Solartechnik zu prognostizieren.

PERC-Solarzellen werden wegen ihres hohen Wirkungsgrads vermutlich an Bedeutung gewinnen. Ob allerdings ein Boom zu erwarten ist, hängt maßgeblich davon ab, wie sich die Wirkungsgrade kostengünstigerer Modultypen entwickeln werden.

Auch die Verfügbarkeit und Kosten von Solarspeichern und die Entwicklung der Stromkosten werden die Vorzüglichkeit von PERC-Zellen beeinflussen. Je teurer die Speicherung beziehungsweise der Bezug von Strom aus dem Stromnetz ist, desto eher lohnt sich die Erträge von PERC-Solarzellen bei Schwachlicht.

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