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Solarzellen-Wirkungsgrad: Von Silizium bis Perowskit – alle Technologien im Vergleich
Der Wirkungsgrad von Solarzellen variiert je nach Technologie erheblich. Wir erklären die Unterschiede und zeigen aktuelle Rekordwerte.
Der Wirkungsgrad von Solarzellen ist eine der wichtigsten Kenngrößen in der Photovoltaik. Er gibt an, welcher Anteil der einfallenden Sonnenstrahlung in elektrische Energie umgewandelt wird. In diesem Artikel erläutern wir die verschiedenen Solarzellentechnologien, ihre typischen und maximalen Wirkungsgrade sowie die Faktoren, die den Wirkungsgrad im Praxisbetrieb beeinflussen.
Der Wirkungsgrad einer Solarzelle wird unter standardisierten Testbedingungen gemessen: einer Einstrahlung von 1.000 Watt pro Quadratmeter, einer Zelltemperatur von 25 Grad Celsius und einem definierten Spektrum des Sonnenlichts. Unter diesen Bedingungen wandeln die besten kommerziell verfügbaren Silizium-Solarzellen etwa 22 bis 24 Prozent der Lichtenergie in Strom um. Im Labormaßstab wurden bereits Wirkungsgrade von über 26 Prozent für monokristallines Silizium erreicht.
Monokristalline Silizium-Solarzellen dominieren den Markt und bieten das beste Verhältnis von Wirkungsgrad zu Kosten. Die PERC-Technologie hat den Wirkungsgrad konventioneller monokristalliner Zellen um mehrere Prozentpunkte gesteigert, indem eine zusätzliche Passivierungsschicht auf der Rückseite der Zelle aufgebracht wird. Moderne PERC-Zellen erreichen kommerzielle Wirkungsgrade von 21 bis 23 Prozent.
Die TOPCon-Technologie stellt die nächste Evolutionsstufe der Siliziumzelle dar. Durch eine tunneloxid-passivierte Rückseite werden Rekombinationsverluste weiter reduziert. TOPCon-Zellen erreichen kommerzielle Wirkungsgrade von 22 bis 24 Prozent und werden von immer mehr Herstellern in die Massenproduktion überführt. Sie gelten als der neue Standard für hocheffiziente Solarmodule.
Heterojunction-Technologie kombiniert kristallines Silizium mit amorphem Silizium und erreicht damit besonders hohe Wirkungsgrade bei gleichzeitig geringem Temperaturkoeffizienten. Das bedeutet, dass diese Zellen bei hohen Temperaturen weniger Leistung verlieren als konventionelle Zellen. Kommerzielle HJT-Module erreichen Wirkungsgrade von 22 bis 24 Prozent, wobei der Laborrekord für HJT-Zellen bei über 26 Prozent liegt.
Die IBC-Technologie platziert beide elektrischen Kontakte auf der Rückseite der Zelle, wodurch die Vorderseite vollständig für die Lichtabsorption zur Verfügung steht. Diese Architektur ermöglicht die höchsten Wirkungsgrade unter den reinen Siliziumtechnologien. Der Hersteller Maxeon hält mit seiner IBC-Technologie einen der höchsten kommerziellen Modulwirkungsgrade von über 22 Prozent. Allerdings sind IBC-Module aufgrund der aufwändigeren Herstellung teurer.
Dünnschicht-Solarzellen verwenden deutlich weniger Material als kristalline Siliziumzellen. Die wichtigsten Dünnschicht-Technologien sind CdTe, CIGS und amorphes Silizium. CdTe-Module, wie sie von First Solar produziert werden, erreichen Wirkungsgrade von 18 bis 20 Prozent und sind besonders in heißen Klimazonen konkurrenzfähig, da sie einen günstigeren Temperaturkoeffizienten aufweisen.
