N-Typ-Solarzellen-Technologie: Der Unterschied zwischen TOPCon und HJT

Inhalt

• Einleitung
• Unterschiede und Entwicklungstrends von P-Typ- und N-Typ-Zellen
• TOPCon-Zelltechnologie
• HJT-Zelltechnologie

Einleitung

Bis 2025 hat sich der Schwerpunkt der Solarzellentechnologie schrittweise vom P-Typ zum N-Typ verlagert.

Im Vergleich zu herkömmlichem PERC weisen N-Typ-Zellen deutliche Vorteile in Bezug auf Effizienz und Langzeitleistung auf:

• Effizienzniveau: Serienmäßig produzierte Module erreichen Werte von 22–23 %, einige Produkte haben bereits 23 % überschritten, höher als die Obergrenze des P-Typs von etwa 21 %.
• Zuverlässigkeit: N-Typ-Zellen zeigen bessere Werte beim Temperaturkoeffizienten, bei der Schwachlichtreaktion und bei der Degradationskontrolle.
• Industrieskala: Die weltweite N-Typ-Kapazität hat bereits 300 GW überschritten, die geplante Kapazität nähert sich 800 GW, womit der Anteil erstmals den des P-Typs übersteigt.

Vor diesem Hintergrund haben sich TOPCon und HJT als die beiden wichtigsten N-Typ-Technologierouten etabliert und stehen im Mittelpunkt des Wettbewerbs und der Weiterentwicklung der Branche.

Unterschiede und Entwicklungstrends von P-Typ- und N-Typ-Zellen

Entwicklungsgeschichte und Marktlandschaft von P-Typ-Zellen

In den letzten zehn Jahren dominierten P-Typ-Zellen die Photovoltaikindustrie, wobei der technologische Weg von BSF zu PERC weiterentwickelt wurde:

• BSF-Phase (vor 2015): Einsatz von Aluminium-Back-Surface-Field (Al-BSF). Monokristalline Zellen erreichten Wirkungsgrade von etwa 17–18 %, polykristalline etwa 15–16 %. Das Verfahren war ausgereift, jedoch mit starker Oberflächenrekombination und begrenztem Verbesserungspotenzial.
• PERC-Phase (2015–2022): Rückseitige Passivierung mit Al₂O₃ + SiNx, wodurch der Zellwirkungsgrad auf 22 % und der Modulwirkungsgrad auf etwa 21–22 % stieg. Laut PV InfoLink-Daten wuchs der Marktanteil von PERC von ca. 40 % im Jahr 2018 auf über 90 % im Jahr 2022.

Die Verbreitung von PERC trug maßgeblich zur Senkung der Stromgestehungskosten (LCOE) bei und war zwischen 2015 und 2020 ein entscheidender Faktor für die weltweite Netzparität.

Allerdings sind einige Punkte zu beachten:

• LID- und LeTID-Degradation: etwa 2 % im ersten Jahr, danach ca. 0,45 % pro Jahr;
• Wirkungsgradgrenze: der Umwandlungswirkungsgrad nähert sich dem theoretischen Maximum von 24 %, wodurch die Spielräume für Verbesserungen in der Massenproduktion begrenzt sind.

Mit der Reife und dem Ausbau von N-Typ-Zellen verliert PERC zunehmend seinen Vorteil bei neuen Kapazitäten. Laut Prognosen von InfoLink wird der Marktanteil von PERC bis 2025 auf unter 30 % sinken und sich nach 2026 schrittweise aus dem Mainstream zurückziehen.

Der Aufstieg von N-Typ-Zellen und ihre Effizienzvorteile

Der zentrale Vorteil von N-Typ-Zellen liegt in den Materialeigenschaften: Phosphor-dotierte Wafer vermeiden die beim P-Typ häufig auftretenden Bor-Sauerstoff-Komplexe und eliminieren dadurch nahezu die lichtinduzierte Degradation (LID), was die Lebensdauer der Ladungsträger deutlich verlängert. Dies führt zu folgenden Leistungsverbesserungen:

• Effizienz: Serienproduktion stabil bei 22–23 %, einige Hersteller über 23 %; PERC stagniert bei etwa 21 %.
• Zuverlässigkeit: bessere Schwachlichtreaktion als P-Typ, Temperaturkoeffizient meist um -0,30 %/°C.
• Degradation: anfängliche Lichtdegradation nahezu null, jährliche Degradationsrate unter dem PERC-Wert von 0,45 %/Jahr.

Auf Marktebene ersetzt N-Typ zunehmend den P-Typ als Standard:

• 2023: weltweite geplante N-Typ-Kapazität über 600 GW;
• 2024: tatsächliche Kapazität über 300 GW, erstmals höher als P-Typ;
• Prognose: bis 2025–2026 wird der Anteil von N-Typ bei neuen Kapazitäten über 70 % liegen.

Klassifizierung und Hauptpfade der N-Typ-Zelltechnologie

N-Typ-Zellen zeichnen sich durch hohe Effizienz, hohe Bifazialität, niedrigen Temperaturkoeffizienten, keine Lichtdegradation, gute Schwachlichtreaktion und lange Ladungsträgerlebensdauer aus. Die derzeit wichtigsten Technologierouten sind:

• TOPCon-Technologie: Serienproduktion mit 21–23 % Effizienz; kann durch Umrüstung bestehender PERC-Linien realisiert werden, geringe Investitionskosten. Die weltweite Kapazität überschritt 2024 bereits 300 GW und stellt aktuell den Mainstream dar.
• HJT-Technologie: dank niedrigerer Temperaturkoeffizienten und höherer Bifazialität erreichen einige Hersteller bereits Modulwirkungsgrade von 23 % oder mehr, leicht über der TOPCon-Obergrenze, jedoch mit höheren Kosten.
• IBC-Technologie: ohne metallische Frontkontakte, Reflexionsgrad kann auf ca. 1,7 % gesenkt werden. Geeignet für High-End- und BIPV-Anwendungen, stabil bei 22–23,5 %, mit Vorteilen im mittleren und oberen Marktsegment.

Insgesamt dominiert TOPCon kurzfristig, während HJT und IBC als vielversprechendere Optionen für die mittel- bis langfristige Zukunft gelten.

TOPCon-Zelltechnologie

TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) ist eine Weiterentwicklung auf Basis der N-Typ-Zellprozesse. Der Kern besteht darin, auf der Rückseite des Wafers eine ultradünne Oxidschicht und eine dotierte Polysilizium-Kontaktschicht zu bilden, wodurch die Rekombination von Ladungsträgern reduziert und die Leerlaufspannung sowie der Gesamtertrag erhöht werden.

Zentrale Vorteile

• Effizienzniveau: Serienwirkungsgrade liegen meist bei 21–23 % und bilden den Branchenstandard. Einige führende Unternehmen haben bereits über 23 % erreicht, während Laborrekorde bei 25–26 % liegen. Im Vergleich zu PERC ist TOPCon unter Schwachlichtbedingungen, beim Temperaturkoeffizienten und in der Stabilität überlegen.
• Kostenkompatibilität: PERC-Produktionslinien können direkt aufgerüstet werden, mit zusätzlichen Investitionen von etwa 7–14 Mio. € pro GW. Hohe Kompatibilität mit Hochtemperaturprozessen verhindert große versunkene Kosten.
• Langfristige Zuverlässigkeit: Module weisen niedrige Degradationsraten auf, die Stromerzeugung bleibt über die Zeit stabil – ideal für gewerbliche und industrielle PV-Anlagen sowie große Freiflächenanlagen.

Industrialisierungsfortschritte

• Kapazität: Bis Ende 2024 überstieg die weltweite TOPCon-Kapazität 300 GW und dominierte damit den Zubau neuer Produktionskapazitäten.
• Hauptakteure: Longi, Jinko, Trina, Zhonglai, Risen u. a. haben bereits großflächige Massenproduktion etabliert.
• Marktprognose: Für 2025–2026 wird erwartet, dass TOPCon über 60 % des Weltmarktes für Solarzellen ausmacht und seine Führungsposition behauptet.

Marktbedeutung

• Treiber für höhere Modulwirkungsgrade und zentrale Unterstützung zur Senkung der Systemkosten und zur Effizienzsteigerung.
• Mit dem anhaltenden Rückgang der LCOE hat sich TOPCon als die derzeit kosteneffektivste N-Typ-Zelltechnologie etabliert.

HJT-Zelltechnologie

HJT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) ist eine N-Typ-Zelltechnologie, die einen kristallinen Siliziumsubstrat mit amorphen Siliziumdünnschichten zu einer Heterostruktur kombiniert. Im Gegensatz zu TOPCon, das aufgerüstete PERC-Linien nutzt, erfordert HJT neue Produktionslinien und stellt damit einen völlig unabhängigen Prozessweg dar.

Zentrale Vorteile

• Kurzer Prozessfluss: umfasst nur vier Schritte – Texturierung, Abscheidung von amorphem Silizium, TCO-Abscheidung und Siebdruck. Damit ist er einfacher als PERC (10 Schritte) oder TOPCon (12–13 Schritte) und erleichtert neuen Marktteilnehmern den schnellen Einstieg.
• Hohes Entwicklungspotenzial: Im Jahr 2023 wurde ein Laborrekord von 26,8 % erreicht. In Kombination mit IBC oder Perowskit-Tandemstrukturen könnte der theoretische Wirkungsgrad über 30 % hinausgehen.
• Geringe Degradation: etwa 1 % im ersten Jahr und ca. 0,35 % pro Jahr danach, deutlich niedriger als bei PERC (2 % im ersten Jahr, 0,45 % jährlich). Über den Lebenszyklus erzeugt HJT etwa 2 % mehr Strom pro Flächeneinheit als bifaziales PERC.
• Umweltanpassung: niedriger Temperaturkoeffizient (ca. -0,243 %/°C), stabile Leistung bei hohen Temperaturen und schwachem Licht.

Industrialisierungsfortschritte

• Prozesskompatibilität: HJT ist nicht mit PERC kompatibel und erfordert neue Produktionslinien, was höhere Investitionen bedeutet. Für neue Marktteilnehmer ist es jedoch vorteilhafter, da keine Abschreibung von PERC-Anlagen anfällt.
• Kapazitätspläne: Bis 2024 haben über 20 Unternehmen – darunter China Resources Power, CNBM, Runyang, Huasheng und Akcome – Produktionspläne im Umfang von über 100 GW angekündigt, einige haben bereits GW-Produktionen erreicht.

Marktbedeutung

• HJT gilt als mittel- bis langfristig vielversprechende Technologie mit Vorteilen bei Tandemstrukturen, BIPV sowie in Märkten mit hohen Temperaturen und schwachem Licht.
• Mit der Reife von Technologien wie Silberpasten-Ersatz, Kupfergalvanik und dünneren Wafern wird erwartet, dass HJT in Zukunft die Kosten senken und in den Wettbewerb mit TOPCon treten kann.

Datenhinweis: Die hier dargestellten N-Typ-Kapazitätsdaten stammen aus Prognosen von InfoLink, EnergyTrend und TaiyangNews. Unterschiede ergeben sich durch verschiedene Ansätze (z. B. nominelle vs. tatsächliche Kapazität, globale vs. regionale Daten). Die Gesamttrends sind jedoch konsistent: Ab 2024 übersteigt die N-Typ-Kapazität die des P-Typs; TOPCon dominiert kurzfristig, während HJT und IBC langfristig größeres Wachstumspotenzial besitzen.

Da der PERC-Wirkungsgrad an seine Grenzen stößt, beschleunigt die PV-Industrie den Übergang zu N-Typ-Technologien. Mit höherem Effizienzpotenzial, geringerer Degradation und Kompatibilität mit IBC und Perowskit-Tandems gilt HJT als wichtiger Kandidat der nächsten Generation. Da die theoretische Grenze monokristalliner Siliziumzellen bei 29,43 % liegt und TOPCon wie HJT im Labor bereits 26–27 % erreichen, hängt ein weiterer Durchbruch von Tandemtechnologien ab.

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Quellenverzeichnis

Fraunhofer ISE. (2024). Photovoltaics report. Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems. https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/publications/studies/Photovoltaics-Report.pdf

IEA. (2024). Renewables 2024: Analysis and forecast to 2029. International Energy Agency. https://www.iea.org/reports/renewables-2024

PV InfoLink. (2023). Explosive growth of TOPCon capacity accelerates p-n technology transition. PV InfoLink. https://www.infolink-group.com/energy-article/solar-topic-explosive-growth-of-topcon-capacity-accelerates-p-n-technology-transition

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