Topcon Module - neue, effizientere Solarzellentechnik

Die neueste Technologie im Bereich der Photovoltaik sind die Topcon-Solarzellen. Einige namhafte Hersteller nutzen diese neue Topcon Technologie bereits und setzen sie in ihren Solarmodulen ein. Der generelle Durchbruch der Topcon Module wird in näherer Zukunft erwartet.

Die neue innovative Technik der Topcon Module wurde im Fraunhofer Institut entwickelt. Die Markteinführung wurde sehr lange vorbereitet und jetzt sind sie endlich erhältlich. Nähere Informationen über die Topcon Technologie in diesem Beitrag.

Eines der Hauptmerkmale des Topcon Solarmodul oder besser der Topcon Solarzellentechnik ist eine extrem dünne Schicht aus Siliziumoxid. Zudem werden die Topcon Solarzellen zu den n-Typ-Solarzellen gezählt. Diese Solarzellen sind gegen Degradation geringer anfällig. Außerdem weisen sie eine gute Temperaturbeständigkeit auf. Die Topcon Technologie bietet einen höheren Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer.

Die Abkürzung Topcon steht für Tunnel Oxide Passivated Contact und den Aufbau der Solarzellentechnik. Die Forscher des Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme, Freiburg, haben diese neue Entwicklung bereits 2013 zum ersten Mal vorgestellt. Nach der Vorstellung benötigt es jedoch viele Jahre, bis diese neue Technik am Markt erschienen ist.

Das Topcon Konzept ist im Grunde, dass der in der Solarzelle befindliche Anschlusskontakt aus Metall keinen Kontakt mit der Schicht aus Silizium erhält. Durch die strikte Abgrenzung wird die Rekombination der Träger der Ladung verhindert. In der Regel entstehen durch den Kontakt Leistungseinbußen in der Solarzelle.

Damit es zu keiner Rekombination kommt, erhält die Solarzelle auf ihrer Oberfläche eine ultradünne Siliziumoxid-Schicht. Durch die Siliziumoxidschicht wird die Oberfläche passiv. Das bedeutet, dass der Durchgang des Leistungsträgers blockiert wird. Der erzeugte Strom kann jedoch diese Blockade durchdringen. Das geschieht wie in einem Tunnel. Die Oberflächenschicht wird daher auch Tunnel-Schicht genannt.

Außer der aufgetragenen Tunnel-Schicht erfolgt die Aufbringung einer zweiten Schicht aus Silizium, die hoch dotiert wurde. Das führt dazu, dass Verluste in der Übertragung reduziert und die Leitfähigkeit verbessert wird.

Die von der Topcon Corp hergestellten Zellen aus Silizium sind mit einer n-Schicht (n für negativ) und der p-Schicht (p für positiv) ausgestattet. Diese beiden Schichten weisen eine unterschiedliche Stärke auf. Die dickere der beiden Schichten stellt in der Zelle die Basis dar. Danach wird festgelegt, ob es sich um eine Solarzelle des n-Typs oder p-Typs handelt.

Die bisher gängigen Solarzellen, die von der Solarindustrie genutzt wurden, sind p-Typ-Zellen. Diese sind einfacher herzustellen und günstiger. Mittlerweile werden jedoch vermehrt n-Typ-Zellen verwendet. Sie weisen einen höheren Wirkungsgrad auf. Dadurch verbessert sich die Effizienz und Leistungsverluste sind als sehr gering zu bezeichnen.

Die p-Typ-Zellen hingegen zeigen immer wieder Einbußen in der Leistung, wenn sie zum ersten Mal benutzt werden. Genau genommen handelt es sich bei dem ersten Einsatz, wo Sonnenlicht auf die Zellen trifft, um die Anfangsdegradation. Diese wird ausgelöst durch eine chemische Reaktion innerhalb der Solarzelle.

Ein großer Vorteil der n-Typ-Zellen ist:

Durch die relativ kurze Zeit des Bestehens der Topcon Technik können noch nicht alle Vorteile aufgezeigt werden. Selbstverständlich bestehen neben den Vorteilen auch Nachteile. Einer dieser Nachteile der Topcon Technologie ist eine UV-induzierte Degradation. Diese kann unter Umständen die Lebensdauer eines Topcon Solarmodul beeinträchtigen.

Die Topcon Technologie bietet einige Vorteile. Zu diesen zählt zum Beispiel ein enorm hoher Wirkungsgrad. Schon alleine dieser Grund ist ausschlaggebend für die steigende Nachfrage an Topcon Module.

Der höhere Wirkungsgrad entsteht aus folgenden Gründen:

Die Solarzellen der Topcon Module punkten mit einer geringen Degradation. Das bedeutet, dass die Leistungsminderung im Laufe der Zeit nur sehr gering ist. Daraus ergibt sich eine höhere und längere Leistungsgarantie durch den Hersteller Topcon Corp.

Die geringe Degradation entsteht aus unterschiedlichen Gründen:

Silizium basierende Zellen reduzieren ihren Wirkungsgrad, je höher die Temperatur ansteigt. Dieser Verlust wird mit dem Temperaturkoeffizienten auf dem zugehörigen Modul-Datenblatt vermerkt. Der Temperaturkoeffizient gibt in Prozenten den Verlust der maximalen Leistung pro Celsius Grad an.

Der Leistungsverlust in Prozent liegt bei Topcon Solarmodul bei 0,32 %/°C. Herkömmliche Solarmodule liegen bei circa 0,35 %/°C. Nimmt man eine Außentemperatur von rund 45 Grad, so ist der Verlust temperaturbedingt bei einem Topcon Solarmodul um circa 8,6 Prozent niedriger.

Die Menge der Stromerzeugung hängt bei einem Solarmodul nicht nur von der Leistung durch direkte Sonneneinstrahlung ab. Hier zählt auch die Fähigkeit, bei geringer Strahlungsstärke effiziente Leistung erbringen zu können. Dieses Verhalten wird Schwachlichtverhalten genannt.

Das bessere Schwachlichtverhalten des Topcon Solarmodul ist begründet auf die unterschiedliche Wafer-Material-Dotierung und den sich daraus ergebenden Innenwiderstand.

Die neuen Topcon-Solarmodule weisen um rund 10 Prozent höhere Kosten als herkömmliche PV-Module auf. Ein Beispiel hierzu ist das Luxor Eco Line Topcon Solarmodul mit 420 W zu rund 148,-€/Stück.

Das Eco Line 420 W ohne Topcon Technologie hingegen kostet rund 131,- €/Stück.

Die gesamte Industrie im Bereich Photovoltaik macht sich große Hoffnungen von der Topcon Technologie. Im Bereich der Weiterentwicklung macht Topcon derzeit große Schritte. Dies gilt auch im Bereich der Markttauglichkeit. Die Herausforderungen bei der Akzeptanz der Technologie, der Marktdurchdringung und der Bewertung im Bereich der langfristigen Leistungsfähigkeit durch Tests und Erfahrungen sind jedoch erst zu bewältigen.

Verglichen mit anderen Technologien, die vielversprechend sind, zum Beispiel die Interdigitated Back Contact Technologie oder die Heterojunction Technologie, sind die Topcon Module vorteilhafter. Besonders erwähnenswert ist:

Ein weiterer nicht unbeachtlicher Anreiz der Attraktivität der Topcon Module ist die Entwicklung der Substitution von Kontakten aus Silber zu Kontakten aus Kupfer. Insgesamt stellt die Topcon Technologie eine effektive und kosteneffiziente Lösung dar. Diese Tatsache betrifft in erster Linie die Hersteller, die die Effizienz ihrer Produktion erhöhen können. Dieser Faktor ist dann interessant, wenn zusätzlich zu den PERT- und PERC Linien aufgerüstet werden möchte.

Die innovative Topcon Technologie macht es möglich, die Rentabilität einer PV-Anlage enorm zu steigern. Eine höhere Effizienz und die Möglichkeit, bei schlechten Lichtverhältnissen eine optimale Leistung erzielen zu können, führt dazu, dass das Interesse steigt. Des Weiteren bieten sie sich hervorragend gut an, wenn die bestehende Dachfläche begrenzt ist. Sogar bei geringerer Sonneneinstrahlung, die als ungeeignet bezeichnet wurde, besteht durch Topcon Module die Möglichkeit, eine PV-Anlage installieren zu können.

Die Gefahr der Verwechslung von Topcon! Topcon steht außerdem auch für ein Unternehmen aus Tokio. Dieses ist bereits im Bereich der optischen Industrie ein Weltmarktführer. Die Tokio Optical Company Nippon stellt geodätische Messinstrumente her.