In keine Energiequelle wurde in den letzten Jahren so viel investiert wie in die Solarenergie. Und das zahlt sich aus: Die Technologien entwickeln sich rasant weiter und die Solarstromerzeugung wird immer effizienter. Dazu beitragen könnten bald auch n-Typ-Solarzellen. Was es damit auf sich hat, erfährst du in diesem Text.

Was sind Solarzellen?

Um zu verstehen, wie sich verschiedene Solarzellen voneinander unterscheiden, muss erst einmal geklärt werden, was Solarzellen überhaupt sind. In jedem Solarmodul sind mehrere Solarzellen, meist durch Kupferbänder, miteinander verbunden. Sie sind das Herzstück jeder PV-Anlage, denn in ihnen entsteht der Solarstrom.

Wie sind Solarzellen aufgebaut?

Solarzellen bestehen aus zwei Halbleiter-Schichten. In 90 Prozent der Solarmodule wird dafür Silizium verwendet. Die Schichten sind unterschiedlich dick und werden durch eine Übergangsschicht voneinander getrennt. Damit Strom entstehen kann, werden beide Schichten gezielt mit Fremdatomen „verunreinigt“, also dotiert. Dadurch ändert sich ihre Ladung.

Bei den bisher üblichen Solarzellen wird die dickere Schicht häufig mit Bor dotiert, das ein Außenelektron weniger als Silizium hat. Es fehlen also Elektronen und die Seite wird positiv. Deswegen wird diese Schicht auch p-Schicht genannt. Weil diese Schicht dicker ist als die andere und damit die Basis der Solarzelle ausmacht, spricht man von p-Typ-Solarzellen.

Die dünnere Schicht wird oft mit Phosphor dotiert. Das hat ein Außenelektron mehr als Silizium, wodurch die Schicht negativ wird. Sie wird auch n-Schicht genannt. Es gibt also überschüssige bzw. freie Elektronen.

Oben und unten in den Zellen befinden sich metallische Leiterbahnen.

Wie funktionieren Solarzellen?

Durch die Sonnenstrahlung beginnen die Elektronen sich in den Zellen zu bewegen. Dadurch gleichen sich die beiden Silizium-Schichten aus. Die überschüssigen Elektronen wandern entlang der Leiterbahnen von der negativen zur positiven Schicht. Diese Elektronenwanderung ist Strom, der mithilfe von Kabeln abgeleitet und genutzt werden kann.

Wie sind n-Typ-Solarzellen aufgebaut?

Grundsätzlich sind n-Typ-Solarzellen und p-Typ-Solarzellen gleich aufgebaut. Der wesentliche Unterschied ist die Dicke der Siliziumschichten. Bei p-Typ-Solarzellen wird der dickeren Schicht Bor beigemischt, wodurch diese positiv wird. Bei n-Typ-Solarzellen ist der Aufbau umgekehrt: Hier wird die dickere Schicht mit Phosphor negativ dotiert.

Vorteile von n-Typ-Solarzellen

Mit n-Typ-Solarzellen lassen sich höhere Wirkungsgrade erzielen, insbesondere bei geringerer Sonneneinstrahlung. Außerdem haben sie eine längere Lebensdauer. Damit verbunden fällt auch ihre Leistung langsamer ab als bei p-Typ-Solarzellen. Denn für den Leistungsfall ist maßgeblich die Wechselwirkung zwischen Sauerstoff und Bor verantwortlich. Außerdem reagiert Phosphor weniger empfindlich auf metallische Verunreinigungen, die bei der Produktion anfallen können.

Nachteile von n-Typ-Solarzellen

Trotz dieser Argumente, die eigentlich für n-Typ-Solarzellen sprechen, haben sie sich noch nicht auf breiter Front durchgesetzt. 2022 lag der Anteil von n-Typ-Solarzellen auf dem Markt bei 15 Prozent. Das liegt daran, dass das Herstellungsverfahren etwas kompliziert ist. Vor allem die Oberflächenbehandlung war lange Zeit eine Herausforderung. Dadurch ist es auch etwas teurer, n-Typ-Zellen herzustellen.

Doch diese Herausforderungen gelten als überwunden. Laut Schätzungen wird der Anteil von n-Typ-Solarzellen bis 2033 auf etwa 65 Prozent steigen. Die große Chance: n-Typ-Zellen könnten auch in der PERC-Technologie eingesetzt werden, die derzeit bei p-Typ-Solarzellen am weitesten verbreitet ist.

Was ist die PERC-Technologie?

PERC-Solarzellen bestechen durch eine spezielle Beschichtung. Diese reflektiert Sonnenlicht, das die Solarzelle sonst durchdringen würde, ohne Strom zu erzeugen. Denn bei der Konstruktion von Solarzellen sind die unterschiedlichen Wellenlängen des Lichts eine große Herausforderung: Blaues Licht hat eine kürzere Wellenlänge und setzt Elektronen im vorderen Teil der Zelle in Bewegung. Rotes Licht mit längeren Wellen wirkt hingegen im hinteren Teil der Zelle – oder durchdringt die Solarzelle, ohne Strom zu erzeugen.

Durch die spezielle Beschichtung der Rückseite von PERC-Zellen wird das Licht so reflektiert, dass die Elektronen doch noch in Bewegung gesetzt werden können. Dadurch erhöht sich der Wirkungsgrad der Zellen.

Vorteile von PERC-Solarzellen

Da PERC-Solarzellen das rote Sonnenlicht effektiver nutzen, kann vor allem in den Morgen- und Abendstunden mehr Strom produziert werden. Das trägt zur Erhöhung des Eigenverbrauchs bei, da viele Menschen berufsbedingt eher morgens und abends zu Hause sind, um elektrische Geräte zu nutzen. Aus diesem Grund sind PERC-Zellen auch eine gute Wahl, wenn man sein Balkonkraftwerk nach Westen oder Osten ausrichtet.

Ein positiver Nebeneffekt der PERC-Technologie ist, dass sich die Solarmodule etwas weniger stark aufheizen. Das ist gerade im Sommer ein Vorteil, denn wenn Solarzellen zu heiß werden, sinkt ihre Leistung.

Nachteile von PERC-Typ-Solarzellen

Alle Arten von Solarmodulen verlieren mit der Zeit an Leistung. PERC-Solarzellen sind von dieser sogenannten lichtinduzierten Degradation vergleichsweise stärker betroffen. Auch bei Temperaturen über 25 Grad Celsius nimmt die Leistung der Solarmodule im Vergleich stärker ab. Dennoch sind PERC-Zellen aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades die derzeit am häufigsten eingesetzten Solarzellen.

Fazit

Die Ladung der dickeren Halbleiterschicht in einer Solarzelle entscheidet darüber, ob es sich um eine n-Typ- oder eine p-Typ-Zelle handelt. N-Typ-Solarzellen sind effizienter und langlebiger, waren aber lange Zeit zu kompliziert herzustellen, um sich auf breiter Basis durchzusetzen.

Dank intensiver Forschung ist diese Schwierigkeit überwunden und n-Typ-Solarzellen werden voraussichtlich bis 2033 den größten Anteil am Markt haben. Dann wird es wohl auch möglich sein, n-Typ-Solarzellen mit der PERC-Technologie zu kombinieren, die sich bereits bei p-Typ Solarzellen bewährt hat – und das könnte einen noch höheren Wirkungsgrad bedeuten!

Du hast Lust bekommen, zuhause selbst effizient Solarstrom zu erzeugen? Dann schau doch mal in unserer Auswahl an Balkonkraftwerken vorbei.