Im sich rasant entwickelnden Bereich der Photovoltaik-Technologie standen Heterojunction-Technologie (HJT) und Tunneloxid-passivierte Kontakte (TOPCon) lange im Fokus der Branche. Mit der Einführung von Perowskitmaterialien gewinnt die Kombination von HJT und Perowskit aufgrund ihrer einzigartigen Vorteile zunehmend an Bedeutung und entwickelt sich zu einem wichtigen Thema in der Solarbranche. Dieser Artikel untersucht die Vorteile der Kombination von HJT und Perowskit gegenüber TOPCon und wie diese Kombination die Zukunft der Photovoltaik-Technologie prägt.
1. Einführung in die HJT-Technologie
HJT ist bekannt für seine hohe photoelektrische Umwandlungseffizienz und seine hervorragende Leistung bei schwachem Licht. Es bildet einen Heteroübergang durch das Aufbringen eines amorphen Siliziumdünnfilms auf ein kristallines Siliziumsubstrat, wodurch die Oberflächenrekombination reduziert und die Leerlaufspannung sowie der Kurzschlussstrom der Zelle erhöht werden.
2. Herausforderungen mit der TOPCon-Technologie
TOPCon erreicht eine Oberflächenpassivierung durch das Aufbringen einer Oxidschicht und einer polykristallinen Siliziumschicht auf die Zelloberfläche und reduziert so Rekombinationsverluste. Die Erzielung höherer Wirkungsgrade mit TOPCon ist jedoch mit Herausforderungen verbunden, darunter komplexe Prozesse, Kostenmanagement und die Schwierigkeit weiterer Effizienzsteigerungen.
3. Die Rolle von Perowskitmaterialien
Perowskitmaterialien eignen sich aufgrund ihres hohen Absorptionskoeffizienten, ihrer einstellbaren Bandlücke und ihrer Verarbeitbarkeit aus Lösung ideal zur Steigerung der Solarzelleneffizienz. Durch die Kombination von Perowskit mit der HJT-Technologie lässt sich die hohe Effizienz der HJT nutzen und durch die Breitbandabsorptionseigenschaften von Perowskit weiter steigern.
4. Vorteile der Kombination von HJT mit Perowskit
a. Überlegene photoelektrische Umwandlungseffizienz:Die Zugabe von Perowskit erweitert den spektralen Ansprechbereich von HJT-Zellen signifikant und erhöht die Anzahl der photogenerierten Ladungsträger. HJT-Zellen, deren theoretischer Wirkungsgrad bei 27,5 % liegt, übertreffen bereits herkömmliche Photovoltaik-Technologien. Die Heteroübergangsstruktur aus abwechselnden amorphen und kristallinen Siliziumschichten maximiert die Lichtabsorption und verbessert so die Energieumwandlungseffizienz.
b. Bessere Stabilität:HJT-Zellen bieten nicht nur einen höheren Wirkungsgrad, sondern auch eine überlegene Stabilität. Die HJT-Perowskit-Tandemstruktur behält im Langzeitbetrieb einen höheren Wirkungsgrad bei, im Gegensatz zu TOPCon-Perowskit, das trotz geringerer Produktionskosten hinsichtlich des Wirkungsgrades mit HJT nicht mithalten kann.
c. Vereinfachter Herstellungsprozess:Die Verarbeitbarkeit von Perowskitmaterialien aus Lösungen senkt die Herstellungskosten, was entscheidend für die Reduzierung der Stromgestehungskosten (LCOE) ist. HJT-Zellen bieten zudem einen Fertigungsvorteil: Die amorphen Siliziumschichten werden mittels Niedertemperatur-CVD (chemische Gasphasenabscheidung) abgeschieden, gefolgt von transparentem leitfähigem Oxid (TCO) und p- oder n-dotierten amorphen Siliziumschichten. Dieses vereinfachte Verfahren reduziert die Kosten und verbessert die Ausbeute im Vergleich zum Hochtemperatur-Temperverfahren von TOPCon, welches die Produktionskosten und die Qualitätsschwankungen erhöht.
d. Umweltfreundliche Produktion:Perowskitmaterialien bieten ein umweltfreundlicheres Herstellungsverfahren, da sie keine giftigen oder seltenen Elemente enthalten. Im Gegensatz zu einigen Photovoltaikmaterialien, die gefährliche Elemente wie Blei oder Cadmium benötigen, sind Perowskite frei von solchen Giftstoffen, wodurch Umwelt- und Gesundheitsrisiken reduziert werden. Darüber hinaus benötigen Perowskite keine seltenen Elemente, deren Gewinnung die Umwelt belasten kann. Ihre Produktion verbraucht weniger Energie, was zu geringeren CO₂-Emissionen führt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kombination von HJT und Perowskit eine vielversprechende Richtung für zukünftige Fortschritte in der Photovoltaik darstellt, wobei ihre Vorteile in Bezug auf Effizienz, Stabilität, Kosteneffektivität und ökologische Nachhaltigkeit TOPCon in vielerlei Hinsicht übertreffen.
