Hohe Leistung auf kleiner Fläche:

Panasonic setzt konsequent auf Heterojunction-Technologie in der Zellfertigung und erreicht so überdurchschnittlich hohe Wirkungsgrade ++ Der renommierte japanische Hersteller von Hochleistungsmodulen HIT® schildert, wie die höheren Zellwirkungsgrade erreicht werden und nennt Ziele in Forschung und Entwicklung. 

Heterojunction, Perc, Perowskit … Welche Solarzelle wird das Rennen machen im Photovoltaik-Markt der Zukunft und im Wettbewerb um die höchsten Wirkungsgrade? Von den zahlreichen Zellarten, die es gibt, sprechen Photovoltaik-Experten der Heterojunction-Technologie wegen des höheren Wirkungsgrads mit die besten Chancen zu - aktuell neben der Perc-Technologie. Panasonic, Hersteller der Hochleistungsmodule HIT®, ist einer von wenigen Herstellern, die bereits Module mit Heterojunction-Zellen anbieten und konsequent auf diese Technologie setzen. Panasonic erläutert nun erstmals, wie die höheren Wirkungsgrade erreicht werden und welche Ziele das Unternehmen in der Zellentwicklung verfolgt.

Zunächst einmal zur Solarzell-Technologie. 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.

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 wieviel 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.

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.

Als einer von sehr wenigen Modulherstellern verwendet Panasonic zudem n-type-Wafer. Herkömmliche monokristalline Wafer basieren auf p-type, Panasonic nutzt n-type, da sie reiner sind.

Während der kristalline Wafer im Kern der Zelle viel Solarstrom produziert, reduziert die amorphe Schicht auf der Oberfläche den Elektronenverlust. Panasonic Zellen HIT® erreichen so überdurchschnittlich hohe Zellwirkungsgrade von 22 Prozent. Branchenführend ist auch der im Labor erzielte Zellwirkungsgrad. Er lag 2014 bereits bei 25,6 Prozent. Gleiches gilt für die Module. Das Panasonic-Modul mit der höchsten Effizienz ist das Modell HIT® N335. Bei einer Leistung von 335 Watt hat es einen Modulwirkungsgrad von 20 Prozent.

Und dies sind die besonderen Eigenschaften der Zellen:

Zunächst einmal wird durch eine exzellente Oberflächenpassivierung eine sehr hohe Spannung erreicht. „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 hat auch die höhere Leerlaufspannung von Panasonic Zellen HIT®. „Eine höhere Leerlaufspannung bewirkt, dass der Wechselrichter früher aktiviert wird", sagt Komatsu. Dadurch wird früher Gleichstrom in haushaltsüblichen Wechselstrom umgewandelt. So wird der Solarstromertrag gesteigert und die maximale Leistung des Moduls (Pmax) verbessert. 

Durch eine kontinuierliche Verbesserung der bestehenden Zelleigenschaften will Panasonic den Wirkungsgrad weiter steigern. Wie oben bereits erwähnt, lag der Laborwert für den Zellwirkungsgrad 2014 schon bei 25,6 Prozent. Bei den erhältlichen Modulen HIT® will Panasonic den Zellwirkungsgrad auf über 24 Prozent steigern. Dafür wird vor allem an folgenden Eigenschaften gearbeitet:

Die amorphen Schichten, die den monokristallinen Wafer umhüllen, sollen weiter optimiert werden. Die Anordnung der elektrischen Gitterstruktur soll verbessert werden, um den elektrischen Widerstand zu minimieren und die optisch aktive Fläche zu vergrößern. Außerdem hat Panasonic die Rückseite der Heterojunction-Zelle jetzt optimiert, um die Lichtausbeute zu steigern. Dies trägt zu einer höheren Moduleffizienz und Stromerzeugung bei.

Auch auf Modulebene weisen Panasonic Module HIT® diverse Vorteile auf. Eine ausgefeilte Konstruktion des Rahmens beispielsweise trägt zur höheren Stabilität und geringeren Verschmutzung bei. Der Rahmen ist nicht verschraubt, sondern wird gesteckt. Die Module enthalten außerdem den von Panasonic entwickelten Wasserablauf an den Ecken des Modulrahmens, der für eine zuverlässige Wasserabfuhr auf dem Modulglas sorgt. Die Selbstreinigung der Module wird so verbessert, außerdem steigt die Langzeit-Performance durch die reduzierte Verschmutzung und Ansammlung von Staub.

Die neue Generation der Module HIT® hat weiterhin einen 40 mm dicken Modulrahmen. Durch den stärkeren Rahmen hält das Modul Wind- und Schneelasten bis 5400 Pascal (Pa) stand. Außerdem ist 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 hocheffizienten Photovoltaikmodule HIT® in Europa bereits auf 25 Jahre.

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Kontakt: Panasonic Electric Works Europe AG, Marlene Zapf | Marlene.Zapf@eu.panasonic.com