18. Feb 2019

Bei Heterojunction-Zellen HIT von Panasonic wird ein dünner monokristalliner Silizium-Wafer von einer hauchdünnen amorphen Siliziumschicht umhüllt. ©Bild: Panasonic Solar

Mehr Solarertrag: Panasonic setzt in der Zellfertigung auf Heterojunction-Technologie

(ee-news.ch) Heterojunction, Perc, Perowskit … welche Solarzelle wird das Rennen machen im Photovoltaik-Markt der Zukunft und im Wettbewerb um die höchsten Wirkungsgrade? Panasonic setzt bei der Zellfertigung auf Heterojunction-Technologie und erklärt, wie damit höhere Wirkungsgrade erzielt werden sollen.


Wodurch unterscheiden sich Heterojunction-Zellen von anderen Solarzellen, vor allen Dingen von den etablierten kristallinen und Dünnschicht-Zellen? Herkömmliche kristalline oder Dünnschicht-Zellen bestehen in der Regel aus einem einzigen Material, zum Beispiel aus poly- oder monokristallinen Wafern oder, am Beispiel des Dünnschichttyps CIGS, aus einer Kupfer-Indium-Gallium-Selen-Verbindung. Die jeweiligen Technologien haben ihre spezifischen Vorteile. Kristalline Zellen können beispielsweise mehr direktes Sonnenlicht in Strom umwandeln, als es bei Dünnschichtzellen der Fall ist.

Besseres Schwachlichtverhalten
Dünnschichtzellen hingegen haben ein besseres Schwachlichtverhalten. Das heisst, sie produzieren zu Zeiten diffusen Lichts mehr Strom, also zum Beispiel, wenn der Himmel bewölkt ist oder wenn die Solareinstrahlung durch Smog beeinträchtigt ist, aber auch morgens und abends. Darüber hinaus zeichnen sich Dünnschichtzellen durch einen Temperaturvorteil aus, der am Temperaturkoeffizienten zu erkennen ist. Der Temperaturkoeffizient einer Solarzelle oder eines Moduls zeigt an, um wie viel die Leistung und damit auch der Wirkungsgrad pro Grad Celsius Temperaturerhöhung abnimmt. Je kleiner der Temperaturkoeffizient, desto weniger sinkt der Wirkungsgrad bei Anstieg der Temperatur. Dünnschichtzellen haben einen kleineren Temperaturkoeffizienten als kristalline Module und verlieren somit weniger Leistung bei steigender Temperatur.

Panasonic verbindet kristalline und Dünnschicht-Technologie
Das Besondere an Heterojunction-Zellen von Panasonic ist, dass sie sowohl die kristalline, als auch die Dünnschicht-Technologie enthalten und somit die Vorteile beider Photovoltaik-Technologien verbinden. Denn bei den Solarzellen HIT wird ein hauchdünner monokristalliner Silizium-Wafer von einer ultradünnen amorphen (= Dünnschicht) Siliziumschicht umhüllt. Zudem verwendet Panasonic n-type-Wafer, da diese reiner seien. Herkömmliche monokristalline Wafer basieren auf p-type.

Während der kristalline Wafer im Kern der Zelle viel Solarstrom produziert, reduziert die amorphe Schicht auf der Oberfläche den Elektronenverlust. Panasonic Zellen HIT erreichen nach eigenen Angaben so überdurchschnittlich hohe Zellwirkungsgrade von 22 Prozent. Im Labor sei bereits 2014 ein Zellwirkungsgrad von 25.6 Prozent erreicht worden. Gleiches gelte für die Module. Das Panasonic-Modul mit der höchsten Effizienz ist das Modell HIT N335. Bei einer Leistung von 335 Watt hat es nach Herstellerangaben einen Modulwirkungsgrad von 20 Prozent.

Hohe Spannung durch Oberflächenpassivierung
Zunächst einmal soll durch die Oberflächenpassivierung eine sehr hohe Spannung erreicht werden. „Die monokristallinen Wafer werden chemisch poliert und laufend verbessert. Dadurch gehen deutlich weniger Elektronen verloren, als es bei monokristallinen Zellen mit raueren Oberflächen der Fall ist“, erklärt Shigeki Komatsu, General Manager Solar Europe bei Panasonic.

Einen positiven Effekt habe auch die höhere Leerlaufspannung von Panasonic Zellen HIT. Dadurch werde der Wechselrichter früher aktiviert und Gleichstrom früher in haushaltsüblichen Wechselstrom umgewandelt. So werde der Solarstromertrag gesteigert und die maximale Leistung des Moduls (Pmax) verbessert.

Ziel: Steigerung des Zellwirkungsgrad auf über 24 Prozent
Durch eine kontinuierliche Verbesserung der bestehenden Zelleigenschaften will Panasonic den Wirkungsgrad weiter steigern. 2014 sei schon ein Zellwirkungsgrad im Labor von 25.6 Prozent erreicht worden. Nun will Panasonic den Zellwirkungsgrad von HIT-Modulen in der Serienfertigung auf über 24 Prozent steigern. Dafür sollen vor allem die amorphen Schichten, die den monokristallinen Wafer umhüllen, weiter verbessert werden. Die Anordnung der elektrischen Gitterstruktur soll verbessert werden, um den elektrischen Widerstand zu minimieren und die optisch aktive Fläche zu vergrössern. Ausserdem habe Panasonic die Rückseite der Heterojunction-Zelle verbessert, um die Lichtausbeute zu steigern. Dies trage zu einer höheren Moduleffizienz und Stromerzeugung bei.

Vorteile auf Modulebene
Auch auf Modulebene sollen die Panasonic Module HIT Vorteile aufweisen. Eine ausgefeilte Konstruktion des Rahmens beispielsweise trage zur höheren Stabilität und geringeren Verschmutzung bei. Der Rahmen sei nicht verschraubt, sondern werde gesteckt. Die Module verfügten zudem über den von Panasonic entwickelten Wasserablauf an den Ecken des Modulrahmens, der für eine zuverlässige Wasserabfuhr auf dem Modulglas sorgen soll. Dadurch werde die Selbstreinigung der Module verbessert, ausserdem steige die Langzeit-Performance durch die reduzierte Verschmutzung und Ansammlung von Staub.

Die neue Generation der Module HIT verfüge über 40 mm dicken Modulrahmen. Durch den stärkeren Rahmen halte das Modul Wind- und Schneelasten bis 5400 Pascal (Pa) stand. Ausserdem sei es offiziell freigegeben für das Anbringen der Montageklammern an den kürzeren Seiten. Seit dem 1. Juni 2018 bietet Panasonic für mehrere Modelle der Modulserie HIT eine lineare Leistungsgarantie über 25 Jahre an. 2017 erweiterte das Unternehmen die Produktgarantie für seine Photovoltaikmodule HIT in Europa bereits auf 25 Jahre.

Text: ee-news.ch, Quelle: Panasonic solar

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