Herterojunction-Zellen (HJT)

Heterojunction-Solarzellen (HJT) stellen eine Fusion von kristallinen Solarzellen und Dünnschichtzellen dar. Der schmale monokristalline Siliziumwafer weist auf beiden Seiten eine extrem dünne Beschichtung aus amorphem Silizium auf. Dies hat den Effekt, dass ein erweitertes Spektrum des Sonnenlichts effizienter genutzt werden kann. Aufgrund dieser Struktur erreichen HJT-Solarzellen beeindruckende Wirkungsgrade von bis zu 24 %.

Der Begriff "Heterojunction" bedeutet auf Deutsch „Heteroübergang“. Diese Bezeichnung deutet darauf hin, dass in den HJT-Zellen ein Elektronenübergang zwischen zwei unterschiedlichen Halbleitern stattfindet. Der Unterschied in den kristallinen und Dünnschichtzellen besteht jedoch nicht nur im Material, sondern auch in der Dotierung des Siliziums. Die divergenten Dotierungen sollen die Zelle passivieren, wodurch der Verlust freier Ladungsträger minimiert und der Wirkungsgrad gesteigert wird.

Die amorphe Siliziumschicht auf der Oberseite des kristallinen Wafers enthält demnach Bor und wird so p-dotiert. Das bedeutet, sie beherbergt vorwiegend positiv geladene Teilchen, auch Löcher genannt. Die Dünnschichtzelle auf der Unterseite ist mit einer Phosphor-Legierung versehen und bildet somit die n-Dotierung. Ebenso ist die kristalline Schicht in der Mitte n-dotiert, mit einem Überschuss an negativ geladenen Teilchen, Elektronen genannt. Der p-n-Übergang erfolgt also erst in der oberen p-dotierten Siliziumschicht [Mehr zum genauen Vorgang].

Zusammengefasst:

In konventionellen Solarzellen liegen die n- und p-Dotierungen üblicherweise innerhalb derselben Siliziumschicht. Dies führt zu einer äußerst uneinheitlichen Grenzflächenstruktur, geprägt von divergierenden Dotierungen. Im Kontrast dazu zeigt eine Heterojunction-Solarzelle eine homogene Grenzflächenstruktur, mit lediglich marginalen Unregelmäßigkeiten, da die gesamte Schicht einheitlich dotiert ist.

Vergleich

c-Si = Crystalline silicon,  a-Si:H = hydrogenated amorphous Si

Dünnschichtmodule

Dünnschichtmodule nehmen nach den poly- und monokristallinen Modulen den dritten Rang unter den Photovoltaikmodulen ein. Diese bestehen aus äußerst dünnen Solarzellen aus amorphem Silizium. Bei der Produktion dieser Module wird Silizium, Cadmiumtellurid oder Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) in einer etwa ein Mikrometer dünnen Schicht auf ein Trägermaterial aufgedampft oder aufgesprüht. Nachfolgend erfolgt die Verschaltung des Moduls und eine Abdeckung mit einer zusätzlichen Glasschicht. Der wesentliche Vorteil dieser Module liegt in ihrer beträchtlichen Flexibilität, resultierend aus der geringen Zellendicke. Aufgrund dieser Eigenschaft können Dünnschichtmodule beispielsweise sogar in Taschenrechnern verwendet werden. Ein Nachteil besteht jedoch im niedrigen Wirkungsgrad der Module, der lediglich im Bereich von 6 % bis 10 % liegt, was wiederum zu einem erheblichen Flächenbedarf führt. Aus diesem Grund eignen sich Dünnschichtmodule nur selten für die Installation auf Hausdächern.

CIGS-Module

Module mit CIGS-Technologie stellen eine besondere Variante der Dünnschichtmodule dar. Ihr äußeres Erscheinungsbild ähnelt Solarthermie-Kollektoren, da sie ebenfalls über einen röhrenförmigen Absorber verfügen. Dieser ermöglicht die Aufnahme direkter und indirekter Sonnenstrahlung von allen Seiten, die dann in elektrische Energie umgewandelt wird. Dadurch erweisen sich CIGS-Module insbesondere in den Morgen- und Abendstunden als wirkungsvoll. Selbst im Winter, wenn der Anteil diffuser Strahlung zunimmt, erzielen CIGS-Module eine höhere Leistung im Vergleich zu poly- und monokristallinen Modulen. Die CIGS-Technologie befindet sich noch in einem vergleichsweise jungen Entwicklungsstadium. Der Wirkungsgrad der Module beträgt derzeit etwa 15 %, doch ist geplant, ihn in den kommenden Jahren auf 20 % zu steigern.