PERC-Solarzellen: effizient dank reflektierender Beschichtung

Solarzellen nutzen den photoelektrischen Effekt, um aus Sonnenlicht Solarstrom zu erzeugen. Das Sonnenlicht versetzt in der sogenannten Grenzschicht im Inneren der Solarzelle Elektronen in Bewegung, sodass es zum Stromfluss kommt.

Das Sonnenlicht, das auf ein Solarmodul trifft, setzt sich aus Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen zusammen. Je nach Wellenlänge verhält sich diese Strahlung unterschiedlich. Beispielsweise wirkt blaues Licht mit seiner kurzen Wellenlänge hauptsächlich im vorderen Teil einer Solarzelle, während rotes Licht im hinteren Teil der Zelle auf das Halbleitermaterial (meist Silizium) trifft. So kann es passieren, dass insbesondere rotes Licht die Solarzelle völlig durchdringt, ohne Strom zu erzeugen.

Das einfallende Sonnenlicht kann also nicht vollständig in elektrische Energie umgewandelt werden. Um insbesondere rotes Licht für Solarzellen besser nutzbar zu machen, wurde daher die PERC-Technologie („Passivated Emitter and Rear Cell“) entwickelt. Übersetzt auf Deutsch bedeutet das etwa „Zelle mit passivierter Emissionselektrode und Rückseite“. Man spricht auch vom Verfahren der Rückseitenpassivierung.

Neben der Reflektion kommt ein weiterer Effekt zum Tragen: Die Rückseitenpassivierung verhindert die Rekombination der Ladungsträger und damit zusätzliche "Verluste" der eingestrahlten Solarenergie. 

Was in der Theorie etwas abstrakt klingt, ist in der Praxis einfach erklärt: Die spezielle Rückseitenbeschichtung in PERC-Zellen bewirkt, dass durchdringendes Sonnenlicht nicht verloren geht, sondern zurück in die Solarzelle reflektiert wird. Somit besteht eine weitere Chance dafür, dass das Sonnenlicht doch noch zum Stromfluss beiträgt. Dadurch steigt der Wirkungsgrad um etwa einen Prozentpunkt, was PERC-Zellen effizienter als andere Solarzellen macht.

In den Morgen- und Abendstunden, wenn das Sonnenlicht einen weiteren Weg zurücklegen muss, bevor es auf die Erde trifft, wird insbesondere der blaue Anteil des Sonnenlichts stärker gestreut als zur Mittagszeit. In der Folge enthält das verbleibende Licht einen größeren Anteil an rotem Licht. Deshalb sind PERC-Solarzellen zu diesen Tageszeiten besonders effizient im Vergleich zu anderen Solarzellen.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass PERC-Zellen sich aufgrund der zusätzlichen Schicht insgesamt weniger aufheizen, da ein Teil des Lichts zurück in die Zelle reflektiert wird. Da mit steigender Temperatur der Zellen der Wirkungsgrad sinkt, wirkt sich auch diese Tatsache positiv auf den Ertrag von PERC-Solarzellen aus.

Die Rückseitenpassivierung kommt übrigens auch bei der Herstellung von bifazialen Solarmodulen zum Einsatz. Der Unterschied besteht darin, dass bifaziale Module außerdem Sonnenlicht direkt über die Rückseite aufnehmen können, was den Wirkungsgrad zusätzlich steigert. Während bifaziale Module für Auf-Dach-Photovoltaikanlagen kaum Vorteile bringen, da nur wenig Sonnenlicht die Rückseite der Solarmodule erreicht, lässt sich der Ertrag bei aufgeständerten oder senkrecht montierten Solarmodulen auf diese Weise deutlich erhöhen.

Alle Solarzellen sind einer natürlichen Degradation ausgesetzt. Es kommt also über die Lebensdauer hinweg zu einem Leistungsabfall. Da PERC-Solarzellen sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite eine dielektrische Schicht haben, dringt mehr Wasserstoff ins Innere der Zelle ein. Dadurch ist die Degradation im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen etwas höher.

In diesem Zusammenhang sind die Leistungsgarantien der Hersteller sehr wichtig. Prüfen Sie, mit welcher Leistung der Solarzellen Sie auch nach 10, 20 oder 25 Jahren noch rechnen können. Tipp: Leistungsgarantien sind nur in Verbindung mit einer mindestens ebenso lang geltenden Produktgarantie sinnvoll.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Herstellung von PERC-Solarzellen aufwendiger als die von Zellen ohne Rückseitenpassivierung ist. Da PERC-Zellen aber mittlerweile Industriestandard sind, wirkt sich das kaum auf den Preis aus. 

PERC-Solarzellen werden schon seit Jahrzehnten erforscht und haben sich wegen ihres hohen Wirkungsgrades mit einem globalen Marktanteil von über 80 % mittlerweile als Standard etabliert. Insbesondere bei Auf-Dach-Photovoltaikanlagen mit stark begrenzter Dachfläche sind sie unverzichtbar, da sie einen höheren Ertrag ermöglichen.

Auch bei Ost-West-PV-Anlagen, die vor allem auf das langwelligere Licht in den Morgen- und Abendstunden angewiesen sind, werden PERC-Solarzellen gewinnbringend eingesetzt.

Für südlich ausgerichtete, große Photovoltaikanlagen können gegebenenfalls günstigere Solarzellen sinnvoller sein. Letztendlich müssen der Standort, die Ausrichtung und der Strombedarf sowie viele weitere Faktoren immer individuell betrachtet werden, um die Photovoltaikanlage wirtschaftlich zu planen. Diese Planung übernehmen Experten. Insgesamt gilt jedoch, dass sich PERC-Zellen mittlerweile für private Photovoltaikanlagen durchgesetzt haben. In Zukunft könnten Sie aber bald von einer neuen Technologie abgelöst werden, den TOPCon-Solarzellen.