Heterojunction-Solarzellen sind eine neue Entwicklung auf dem Photovoltaikmarkt und beheben die üblichen Nachteile von Standardmodulen. Sie reduzieren die Rekombination und verbessern die Leistung in heißen Klimazonen. Erfahren Sie mehr über sie.
Heteroübergangs-Solarzellen und -Technologie
Diese Solarzellen werden auch als Silizium-Heteroübergänge (SHJ) oder Heteroübergänge mit intrinsischer Dünnschicht (HIT) bezeichnet. Es handelt sich um eine Gruppe von HJT-Solarzellen , die auf fortschrittlicher Photovoltaik-Technologie basieren.
Lassen Sie sich nicht über die Heterojunction-Technologie verwirren. Diese Bauelemente basieren auf einem monokristallinen Siliziumsubstrat vom N-Typ und verfügen über nicht-dotierte amorphe Siliziumschichten (ia-Si:H), die ihre Effizienz und Leistung verbessern.
Diese Zellen bestehen aus drei Hauptmaterialien:
1. Kristallines Silizium (c-Si) – Konventionelle Solarmodule verwenden es zum Aufbau von Homojunction-Solarzellen. Es gibt zwei Arten: polykristallines und monokristallines Silizium. Für HJT-Solarzellen wird jedoch ausschließlich monokristallines Silizium verwendet, da es eine höhere Reinheit und Effizienz aufweist.
2. Amorphes Silizium (a-Si) – Die Schlüsselkomponente dieser Solarzellen wird durch Wasserstoffbehandlung behoben, wodurch hydriertes amorphes Silizium (a-Si:H) entsteht. Dieses Material lässt sich leichter dotieren und weist eine höhere Bandlücke auf.
3. Indiumzinnoxid (ITO) – Es ist das bevorzugte Material für die transparente leitfähige Oxidschicht (TCO) dieser Solarzellen, während Forscher nach kostengünstigeren Alternativen suchen. Die Reflexionsfähigkeit und Leitfähigkeit von ITO machen es zu einer idealen Kontakt- und Außenschicht für diese Solarzellen.
Klassifizierung von Heteroübergangs-Solarzellen
Durch Dotierung werden diese Solarzellen in n-Typ- und p-Typ-Zellen unterschieden:
- N-Typ-Zellen verwenden phosphordotierte c-Si-Wafer die zusätzliche Elektronen zur negativen Aufladung liefern und sie resistent gegen Bor-Sauerstoff-bedingte Effizienzminderung machen.
- Mit Bor dotierte P-Typ-Zellen sind aufgrund ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber Weltraumstrahlung besser für Weltraumanwendungen geeignet und versorgen die Zelle mit einem Elektron weniger, wodurch sie positiv aufgeladen wird.
Funktionsprinzip einer Heteroübergangs-Solarzelle
Diese Solarzellen nutzen drei Schichten absorbierender Materialien und kombinieren Dünnschicht- mit traditionellen Photovoltaik-Techniken. Trifft Sonnenlicht auf diese Paneele, wird der photovoltaische Effekt ausgelöst, der Photonen in Elektrizität umwandelt.
Der Hauptarbeitsprozess von HJT umfasst:
- Sonnenlicht regt Elektronen an am PN-Übergang der Absorberschicht, wodurch sie in das Leitungsband verschoben werden und Elektron-Loch-Paare (eh) bilden.
- Der an der P-dotierten Schicht befestigte Anschluss sammelt stimulierte Elektronen und erzeugt Strom welches durch die Last fließt.
- Nachdem das Elektron die Last passiert hat, kehrt es zum hinteren Kontakt der Zelle zurück und rekombiniert mit einem Loch, um den Vorgang eines bestimmten Elektronenpaars abzuschließen.
Dieser Prozess läuft kontinuierlich ab, während die Module Strom erzeugen . Standardmäßige c-Si-PV-Module weisen Effizienzbeschränkungen aufgrund der Oberflächenrekombination auf, die auftritt, wenn Elektronen und Löcher rekombinieren, ohne zum elektrischen Fluss beizutragen.
HJT-Zellen lösen dieses Problem durch eine passivierende Halbleiterschicht mit einer größeren Bandlücke aus a-Si:H, die den Ladungsfluss verlangsamt und so die Rekombination verhindert. Diese Pufferschicht reduziert den Ladungsfluss ausreichend, um eine hohe Spannung zu gewährleisten und gleichzeitig die Rekombination vor der Elektronensammlung zu verhindern, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird.
Während des Lichtabsorptionsprozesses absorbieren alle drei Halbleiterschichten Photonen und ermöglichen so deren Umwandlung in Elektrizität.
- Die oberste Schicht aus amorphem Silizium (a-Si:H) sammelt und fängt Sonnenlicht und Reflexionen ein.
- Die mittlere Schicht, kristallines Silizium (c-Si), ist sehr effizient und wandelt Photonen in Elektrizität um.
- Die untere amorphe Siliziumschicht (a-Si:H) wandelt die verbleibenden Photonen um und verbessert so die Gesamteffizienz.
Wussten Sie, dass die Preise für Solaranlagen in den letzten zehn Jahren um 40 % gesunken sind ? Dies hilft der Branche, in einen neuen Markt zu expandieren und landesweit Tausende von Systemen zu installieren.
Durch die Kombination von Technologien können die Heteroübergangszellen mehr Energie nutzen, als sie allein gewinnen könnten, und erreichen so einen Wirkungsgrad von 25 % oder mehr.
Siehe auch: Ein vollständiger Leitfaden zur TOPCon-Solartechnologie
Preis für Heterojunction-Solarmodule
Nach den aktuellen Entwürfen kosten SHJ-Module 0.48-0.56 USD/W, im Vergleich zu 0.50 USD/W für herkömmliche Module.
Hinweis: Die Preise für Heterojunction-Solarzellen können aufgrund von Marktschwankungen, Markenunterschieden und regionalen Faktoren variieren.
Vor- und Nachteile der Heterojunction-Technologie
Anwendungen der Heterojunction-Solartechnologie im Großanlagenbereich können Wirkungsgrade von 25 bis 30 % erreichen. Die Vorteile der Heterojunction-Technologie bringen jedoch auch Nachteile mit sich, die im Folgenden aufgeführt sind:
| Vorteile | Nachteile |
| Übertreffen Sie die Leistung von Standard-Solarzellen, indem Sie mehr Sonnenlicht in Elektrizität umwandeln. | Für die Herstellung und Integration sind fortgeschrittene Kenntnisse und Spezialausrüstung erforderlich. |
| Effizient bei hohen Temperaturen, um Leistungseinbußen zu reduzieren. | Aufgrund ihrer dünnen Bauweise anfällig für Beschädigungen. |
| Konstante Leistung bei schwachem Licht und ideal für wechselnde Wetterbedingungen. | Feuchtigkeitsempfindlichkeit beeinträchtigt Effizienz und Langlebigkeit. |
| 30 % Effizienz mit 92 % Bifazialität, wodurch es sich perfekt für Großprojekte eignet. | Produktionsmengenbeschränkungen, komplexe Technologien und eine große Auswahl an Halbleitern können die Preise erhöhen und die Verfügbarkeit verringern. |
| Es sind nur 5–7 Fertigungsschritte erforderlich, was die Produktionskosten senkt. | Da es erst kürzlich auf den Markt gekommen ist, gibt es nur begrenzte Erfahrung mit der Installation und Wartung. |
Querverweis: Doppelheteroübergangs-Zelle aus kristallinem Silizium, hergestellt bei 250 °C mit einem Wirkungsgrad von 12.9 %
Top-Hersteller von Heteroübergangs-Solarzellen
Die wichtigsten Hersteller von Heterojunction-Solarmodulen sind:
1. AUFNAHME
Die Alpha Pure-Serie von REC Group nutzt fortschrittliche Heterojunction-Zelltechnologie (HJT) und bietet eine Leistungsdichte von 226 Watt/m² bis 470 Watt. Das Modul zeichnet sich durch eine lückenlose Zellanordnung, ein zweigeteiltes Design und eine elegante Optik aus, die speziell für Wohngebäude optimiert ist. Diese Paneele gewährleisten unter verschiedensten Bedingungen eine optimale Leistung, was zu einem höheren Temperaturkoeffizienten, einem verbesserten Stromfluss und einer schnellen Amortisation führt.
Schauen Sie sich auch den Testbericht zu den REC-Solarpanels an.
2. JINERGY
Jinergy bietet bifaziale N-HJT-Solarmodule mit einem extrem hohen Zellwirkungsgrad von über 24 %. Die Module verfügen über 166 Zellen mit 9BB-Halbierung, was unter verschiedenen Bedingungen eine Leistungssteigerung von 10–35 % ermöglicht. Sie zeichnen sich durch eine fortschrittliche und kosteneffiziente Zell- und Modulproduktion mit hoher Leistung bei schwachem Licht, niedrigem Temperaturkoeffizienten und reduzierter Degradation aus.
3. AKCOME
Wir sind spezialisiert auf hochmoderne HJT-Solarzellen und -Module mit einer bifazialen Ausnutzung von 95 % und einem Wirkungsgrad von bis zu 26 %. Die Lösungen von AKCOME Optronics ermöglichen die Herstellung von 100 µm dicken Siliziumscheiben mit PID-freiem, niedrigtemperaturkoeffizientem und ammoniakfreiem Abwasser.
4. Auferstandene Energie
Die Hyper-Ion-Modulserie von Risen Energy zeichnet sich durch einen extrem hohen bifazialen Faktor und die patentierte Hyper-Link-Verbindungstechnologie aus, die die Leistung maximiert. Die Module liefern eine Leistung von 700–725 Wp mit einer Bifazialität von 110 bis 132 Zellen, was die Effizienz um 22.8–23.3 % optimiert. Sie bieten einen stabilen Temperaturkoeffizienten, extrem niedrige CO₂-Emissionen und eine hohe Beständigkeit gegen LID (Low-Iron-Defect).
5. HuaSen
Dieses führende chinesische Industrieunternehmen bietet hocheffiziente N-Typ-Silizium-Heterojunction-Solarzellen (HJT) in Wafer- , Zell- und Modulform an. Huasun- Produkte erzielen eine um 3 % höhere jährliche Energieproduktion als das bifaziale TOPCon-Solarmodul mit einer Leistung von bis zu 750 W und einem maximalen Wirkungsgrad von 24.16 %. Die Doppelglaskonstruktion, die Verkapselung mit EPE-basiertem Material und die PIB-Versiegelung gewährleisten verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Wasser-, Feuer- und Korrosionsbeständigkeit und eignen sich daher ideal für raue Umgebungsbedingungen.
Heteroübergang vs. bifaziale Module
Beide Technologien nutzen Passivierungsbeschichtungen, um die Oberflächenrekombination zu verringern und die Effizienz zu verbessern, wodurch sie gewisse strukturelle Ähnlichkeiten aufweisen. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass Heterojunction- Panels für monofaziale oder bifaziale Anwendungen entwickelt werden können, während bifaziale Panels neben der Heterojunction-Technologie (HJT) auch verschiedene andere Basistechnologien integrieren können.
In der folgenden Tabelle werden die wesentlichen Merkmale bifazialer und heterojunction (HJT) Solar-PV-Module verglichen:
| Charakteristisch | Bifaziale Module | HJT-Module |
| Lichtabsorption | Absorbiert Licht sowohl von der Vorder- als auch von der Rückseite. | Eine geschichtete Struktur verbessert die Trennung der Elektron-Loch-Paare und sorgt so für eine höhere Effizienz. |
| Wirkungsgrad | Erreichen Sie eine Effizienz von über 30 %. | Erreichen Sie bis zu 26.7 % Effizienz. |
| Vorteile | Verbesserte Designflexibilität und Anpassungsfähigkeit. | Höhere Umwandlungseffizienz, verbesserte Temperaturtoleranz und langsamere Abbauraten im Laufe der Zeit. |
| Challenges | Für einen optimalen Einsatz sind aufgrund der konstanten Auswirkungen des Albedo auf die Leistung eine genaue Modellierung und Simulation erforderlich. | Komplexe Herstellungsverfahren und höhere Produktionskosten verhindern eine breitere Nutzung. |
Beide Photovoltaik-Technologien verbessern die Effizienz und Leistung und bieten deutliche Vorteile und Herausforderungen, während sie gleichzeitig die Praktikabilität und Nachhaltigkeit der Solarstromerzeugung erhöhen.
Heteroübergang vs. herkömmliche kristalline Siliziumplatten
Die Heterojunction-Technologie verbessert herkömmliche c-Si-Module, indem sie die Rekombination verbessert und weitere Mängel behebt. Vergleichen wir die beiden Technologien, um zu verstehen, wie sich geringfügige Änderungen der Zellstruktur auf die Gesamtleistung des Moduls auswirken.
| Charakteristisch | Heteroübergang (HJT) | Monokristallin (Mono-c-Si) | Polykristallin (Poly-c-Si) |
| Materialien Absorberschicht | Mono-c-Si und a-Si:H | Mono c-Si | Poly c-Si |
| Struktur | Mono-c-Si-Wafer-basierte Schicht, umhüllt von a-Si:H-Passivierungsschichten | Mono-c-Si-pn-Übergang | Poly c-Si pn-Übergang |
| Lebensdauer | 30 Jahre | 25-30 Jahre | |
| Temperaturkoeffizient (Durchschnitt) | -0.21% / ºC | -0.446% / ºC | -0.387% / ºC |
| Höchste aufgezeichnete Effizienz | 26.7% | 25.4% | 24.4% |
| Marktanteil | 5% | 36.0% | 54.9% |
| Preisspanne | 0.34 $/W | 0.16 $/Woche – 0.46 $/Woche | 0.24 $/W |
Hinweis: Die angegebene Effizienz kann je nach Marke und Modell variieren.
Heterojunction-Solarzellen sind vielseitig einsetzbar und hocheffizient und eignen sich daher hervorragend für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot. Diese Module bieten hervorragende Leistung, sind aber auch teuer, deren Preis in den kommenden Jahren sinken soll. Weitere informative Inhalte finden Sie in unseren Blogbeiträgen.
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