TOPCon-Solarzellen: Aufbau, Funktion, Nachteile, Preis

Die Solarzellentechnologie entwickelt sich ständig weiter. TOPCon-Zellen sind effizienter und haben eine ähnliche Struktur wie PERC- und PERT-Zellen. In diesem Artikel erläutern wir den Aufbau, die Funktion, Vor- und Nachteile sowie den Preis von TOPCon-Solarzellen.

Was sind TOPCon-Solarzellen? 

Topcon-Solarzellen sind hocheffiziente Silizium-Solarzellen. Sie kombinieren Vorteile von PERC- und HJT-Technologien, haben einen um bis zu 5% höheren Wirkungsgrad als herkömmliche Zellen. TOPCon steht für Tunnel Oxide Passivating Contact.

Sie sind aktuell die meistgenutzte Technologie unter den neuen Solarzellen.

Wie sind TOPCon-Solarzellen aufgebaut? 

TOPCon-Solarmodule verwenden n-Typ-Solarzellen. Sie bestehen aus einem n-dotierten Siliziumwafer und sind damit negativ geladen. Topcon-Solarzellen nutzen eine spezifische Rückseitenpassivierung mit einem dünnen Oxidfilm. Diese Passivierung minimiert elektronische Defekte innerhalb der Zelle. Sie verwenden auch eine reduzierte Anzahl an Metallkontakten auf der Vorderseite, was den Lichteinfall auf die Zelle erhöht und somit die Lichtabsorption maximiert. Topcon-Zellen verwenden zudem eine Tunneldurchkontaktierung, die den Elektronenfluss optimiert. 

Herkömmliche Solarzellen haben dagegen Metallkontakte sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite, was zu Energieverlusten führt. Die Rückseitenpassivierung dieser Zellen erfolgt zudem oft mit Aluminium und ist nicht so effektiv wie die Oxidpassivierung bei TOPcon.

Wie funktionieren TOPCon-Solarzellen?

TOPCon-Solarzellen vermeiden den direkten Kontakts zwischen dem Metall der Anschlusskontakte und der Siliziumschicht. Auf diese Weise wird die Rekombination von Ladungsträgern, die normalerweise auf der Rückseite der Zelle stattfindet, unterbunden. Dadurch haben die Solarzellen einen höheren Wirkungsgrad.

Zur Verhinderung der Rekombination wird eine dünne Schicht Siliziumoxid auf die Oberfläche der Solarzelle aufgebracht. Diese Schicht passiviert die Oberfläche und blockiert den Durchgang für die Ladungsträger. Der Strom überwindet die Barriere aufgrund quantenmechanischer Effekte. Dies ist in der Physik als "Tunneleffekt" bekannt. Auch verbessert die stark dotierte Siliziumschicht die elektrische Leitfähigkeit und minimiert die Übertragungsverluste.

Welche Vor- und Nachteile haben TOPCon-Solarmodule? 

TOPCon-Solarzellen haben einige Vorteile gegenüber herkömmlichen Solarzellen. Der größte ist die höhere Effizienz in der Umwandlung von Sonnenlicht. 

Der größte Vorteil von TOPCon-Solarzellen ist der höhere Wirkungsgrad, der nach Angaben des Fraunhofer ISE Instituts über 25 % liegt. Während konventionelle PV-Module einen Temperaturkoeffizienten von 0,4 bis 0,5 Prozent pro Grad Celsius haben, schneiden TOPCon-Solarmodule mit einem Koeffizienten von etwas unter 0,4 Prozent pro Grad Celsius besser ab. Auch der bifaziale Faktor steigt von 70% auf bis zu 85%, was bei optimalen Bedingungen die Solarpanel-Leistung um bis zu 2% erhöht.

Zudem ist die TOPCon-Solarzellentechnologie eine Weiterentwicklung der PERT- und PERC-Solarzellen. Sie umfasst zwei zusätzliche Schritte in der Herstellung. Für die Produktionsumstellung von PERC- auf TOPCon-Solarzellen benötigen Hersteller nur einige wenige Ausrüstungsgegenstände und eine geringe Investition.

TOPCon-Solarzellen benötigen für die Herstellung mehr Silber, wodurch die Produktionskosten höher als bei herkömmlichen Silizium-Solarzellen sind. 

Zudem ist der Herstellungsprozess der TOPCon-Solarzellentechnologie mit einigen Herausforderungen verbunden. Zu diesen gehören unterschiedliche Auffassungen über Borabscheidungstechniken, unterschiedliche Reinraumanforderungen und die Unfähigkeit des derzeitigen selektiven Emitters, sich auf den TOPCon-Frontemitter anzuwenden. Auch verwenden Hersteller zurzeit verschiedene Herstellungsmethoden, sodass die Massenproduktion keinen einheitlichen Standards entspricht.

Welchen Wirkungsgrad erreichen TOPCon-Solarzellen? 

TOPCon-Solarzellen erreichen einen Wirkungsgrad von bis zu 25%. PERC-Solarzellen haben einen Wirkungsgrad von 21,5 bis 22,5%. 

Welche Hersteller von TOPCon-Solarzellen gibt es?

In Deutschland stellen Hersteller wie Luxor, AXITEC, CDZ Solar, Solar Hero, Soluxtec, SOLYCO Solar und Sonnex Energie Solarmodule mit TOPCon-Zellentechnologie her. International ist der bekannteste Hersteller Jinko Solar.

Was kosten TOPCon-Solarmodule? 

Der Preis von TOPCon-Solarmodulen ist derzeit etwa 10% höher als von herkömmlichen Modulen. So kostet das Solarpanel Luxor ECO LINE TOPCon mit 420 W ca. 148 € pro Stück. Das ECO LINE 420 W ohne TOPCon kostet dagegen im Schnitt etwa 131 € pro Stück. 

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