Heterojunction-Module (HJT): Aufbau, Funktion, Kosten, Vor- und Nachteile
HJT-Module sind eine relativ neue Erfindung aus der Solarforschung und kombinieren die Vorteile von herkömmlichen Dickschicht- und Dünnschicht-Solarmodulen. Lange Zeit lag das Patent für diese Technik bei der Firma Sanyo, die die Entwicklung gemacht hat.
In diesem Artikel erklären wir Ihnen den besonderen Aufbau und die spezielle Funktion von HJT-Solarzellen. Zudem zeigen wir Ihnen, welche Kosten für die Anschaffung anfallen, sowie die Vor- und Nachteile dieser Modelle in der praktischen Anwendung.
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Was sind HJT-Module?
HJT-Module, sind eine wegweisende Neuentwicklung in der Solarforschung, die es ermöglicht, die Vorteile von Dünnschichtzellen und kristallinen Solarzellen zu kombinieren. So wird der Wirkungsgrad auf bis zu 24 % erhöht, im Vergleich zu klassischen Modellen also ein großer Vorteil, denn die kommen meist gerade mal auf 21 – 22 %.
Die Abkürzung HJT steht für Heterojunction und bedeutet auf Deutsch so viel wie “Heteroübergang”. Damit ist der Übergang zwischen den zwei unterschiedlichen Halbleitern im Inneren der HJT-Solarzelle gemeint.
Wie der Aufbau von HJT-Modulen im Detail funktioniert, werden wir jetzt genauer aufzeigen.
Wie sind HJT-Module aufgebaut?
Die HJT-Module verwenden sowohl eine p-dotierte als auch eine n-dotierte Siliziumschicht, die durch eine Tunnelverbindung miteinander verbunden sind. Das Material des Halbleiters besteht aus einem klassischen Siliziumwafer (kristalline Zelle), welcher von zwei hauchdünnen, amorphen Siliziumschichten (Dünnschicht) umgeben ist.
Diese spezielle Struktur ermöglicht eine effizientere Aufnahme von Sonnenlicht und eine bessere Nutzung des einfallenden Lichtspektrums.
Bei herkömmlichen kristallinen Modulen befinden sich die p- und n-Dotierungen in nur einer Siliziumschicht. Die Grenzflächenstruktur des p-n-Übergangs ist deshalb sehr unregelmäßig. Der p-n-Übergang ist das elektrische Feld, das für die Elekronenbewegung und schließlichen den Strom sorgt. Bei HJT-Solarzellen ist die Grenzfläche homogen aufgebaut, da jede Schicht die gleiche Dotierung hat. So gehen weniger Elektronen verloren.
Wie funktionieren HJT-Module?
HJT-Solarzellen funktionieren besser als herkömmliche Solarzellen, da sie die Vorteile zweier Techniken vereinen. Denn normale kristalline Solarmodule bestehen nur aus einem einzigen Material. In der Regel aus mono- oder polykristallinen Siliziumwafern, die das Sonnenlicht umwandeln. Das hat aber auch Nachteile.
Während kristalline Solarzellen deutlich mehr direktes Sonnenlicht in Strom umwandeln können als Dünnschichtzellen, ist ihr Verhalten bei schwachem Licht weniger effizient. Gerade in den Morgen- und Abendstunden geht hier also viel Potenzial verloren.
Diesen Nachteil haben Dünnschichtzellen nicht, sie können auch bei einem ungünstigen Einfallswinkel des Sonnenlichts oder bei bewölktem Himmel gute Wirkungsgrade erzielen. Außerdem haben Dünnschichtzellen einen niedrigeren Temperaturkoeffizienten. Das bedeutet, dass sie auch bei höheren Temperaturen des Solarmoduls oder der Umgebung immer noch eine gute Leistung abliefern können. Kristalline Solarzellen büßen bei hohen Temperaturen oft an Leistung ein. Allerdings sind sie nicht so effizient bei der Umwandlung wie kristalline Solarmodule.
Durch den dreischichtigen Aufbau der HJT-Solarzellen, und der Kombination von Dünnschicht-Technik und einem kristallinen Siliziumwafer kann das Lichtspektrum vollständig genutzt werden. Auch bei diffusem Licht, wie es oft morgens oder abends auftritt, ist die Ausbeute immer noch sehr effektiv.
Die Vor- und Nachteile von HJT-Modulen
Jede Technik in der Solarbranche hat ihre eigenen Vor- und Nachteile. Je nach Einsatzgebiet sollte man deshalb abwägen, welche am besten für die eigenen Ansprüche geeignet ist.
Vorteile von HJT-Modulen | Nachteile von HJT-Modulen |
Hoher Wirkungsgrad | Höhere Kosten |
Bessere Lichtabsorption | Aufwendige Herstellung |
Weniger empfindlich bei Verschattung | Kleiner Marktanteil |
Platzvorteil |
Vorteile von HJT-Solarzellen
Hoher Wirkungsgrad: HJT Solarmodule können Wirkungsgrade von 24 % erreichen, was im Vergleich zu herkömmlichen Siliziummodulen eine verbesserte Energieerzeugung bedeutet. Unter Laborbedingungen ist der Wirkungsgrad sogar noch höher.
Breite Lichtabsorption: Die spezielle HJT-Struktur ermöglicht eine effiziente Absorption von Sonnenlicht über ein breiteres Spektrum, einschließlich Infrarotlicht. Dadurch können Heterojunction-Module auch bei diffusen Lichtverhältnissen und bei ungünstigeren Einfallswinkeln gute Leistung erbringen.
Weniger empfindlich gegenüber Verschattung: HJT Solarmodule sind weniger empfindlicher gegenüber Verschattung als herkömmliche Siliziummodule. Wenn einzelne Zellen oder Teile des Moduls verschattet sind, können HJT-Solarzellen immer noch eine bessere Ausbeute einbringen, als klassische Modelle.
Platzersparnis: Durch ihre hohe Effizienz benötigen HJT Solarmodule weniger Fläche im Vergleich zu herkömmlichen Siliziummodulen, um die gleiche Menge an Energie zu erzeugen. Dies ist besonders vorteilhaft für Standorte mit begrenztem Platzangebot.
Nachteile von HJT-Solarzellen
Höhere Kosten: Die Herstellung von HJT Solarmodulen ist komplexer und erfordert spezialisierte Fertigungsprozesse, was zu höheren Produktionskosten führt. Dadurch sind HJT-Module tendenziell teurer als herkömmliche Siliziummodule.
Komplexere Konstruktion: Die HJT-Technologie erfordert eine präzise Formung der p-dotierten und n-dotierten Schichten sowie eine Tunnelverbindung. Dies macht die Konstruktion des Moduls komplexer und führt zu längeren Lieferzeiten und höheren Kosten.
Wenige Hersteller: Aktuell liegt der Marktanteil von HJT-Solarzellen nur bei 2–5 %, da die Herstellung recht aufwendig ist. So kann es zu längeren Lieferzeiten kommen. Jedoch wird sich der Marktanteil von HJT nach Ansicht von Experten in den nächsten Jahren auf bis zu 20 % erhöhen.
Was kosten HJT-Module?
HJT-Solarmodule kosten zwischen 290 bis 400 € pro kWp (Kilowattpeak), während klassische Module bei 250 bis 350 € pro kWp liegen.
Um eine PV-Anlage mit einer Leistung von 10 kWp auszustatten, sollten Sie also 3.000 € bis 6.000 € für die HJT-Solarmodule einkalkulieren. Dazu kommen die Kosten für den nötigen Wechselrichter, die Verkabelung der Anlage und den Stromspeicher. Dieser ist zwar optional, aber sehr empfehlenswert. Außerdem kommen noch Montage- und Installationskosten hinzu.
Als groben Richtwert kann man zwischen 25.000 € – 30.000 € für eine komplette 10 kWp Solaranlage mit HJT-Modulen rechnen.
Lange Zeit lag das Patent für die HJT-Technik bei einer Firma. Doch nun ist der Patentschutz abgelaufen und die HJT-Module können endlich von vielen Herstellern produziert werden. So können mehr Menschen von der effizienten Technik und sinkenden Preisen für die Module profitieren.
Hersteller von HJT-Modulen
Mittlerweile haben sich einige Solarmodul-Hersteller den HJT-Modulen verschrieben, und das ist gut so. Denn Konkurrenz sorgt für bessere Preise für den Endverbraucher.
Nachfolgend haben wir einige HJT-Modelle mit Leistung und Preisen der einzelnen Produzenten herausgesucht.
Für private Photovoltaikanlagen haben sich Module mit 400 Watt Leistung zum Standard entwickelt.
Hersteller | Modell | Leistung | Preis pro Modul | Preis pro kWp |
Luxor Solar | ECO LINE N-TYPE HJT GLAS-GLAS BIFACIAL | 440 W | 159,90 € | 363,63 € |
München Solar | MSMDxxxM6-HJT120DSB Bifazial Glas-Glas Solarmodul | 400 W | 114,90 € | 287,50 € |
Meyer Burger | White 400, HJT | 400 W | 209,00 € | 522,50 € |
REC | REC 420 Alpha Pure-R | 420 W | 223,00 € | 530,95 € |
Sind HJT-, PERC oder TOPCon Module besser?
Neben der vorgestellten HJT-Technologie hat die Forschung in der Solarbranche noch weitere Technologien hervorgebracht, die vielleicht für Sie interessant sind. Es gibt neben den HJT- auch noch PERC-Module, TOPCon-Solarzellen und bifaziale Module.
Worum es sich dabei handelt, erklären wir Ihnen in kurzen Worten.
PERC-Module
PERC-Solarzellen sind mit einer speziellen Rückseitenbeschichtung ausgestattet. Diese sorgt dafür, dass sie auch das langwellige rote Sonnenlicht effizient verarbeiten können. So steigt der Wirkungsgrad um bis zu 1% gegenüber Standardmodellen.
TOPCon-Module
Topcon-Solarmodule bestehen aus Solarzellen, die auf der Topcon-Technologie basieren. Bei dieser Art von Zellen befindet sich die Rückkontaktschicht auf der Oberseite des Moduls, statt wie bei herkömmlichen Solarzellen auf der Rückseite. Die Basisidee ist, den direkten Kontakt der metallischen Anschlusskontakte mit der Siliziumschicht zu verhindern. Das erhöht die Effizienz der Module.
TOPCon-Module sind noch relativ neu auf dem Markt. Ihre Erfindung wurde vom Fraunhofer-Institut für solare Energiesysteme gemacht.
Bifaziale PV-Module
Bifaziale Solarmodule sind besondere Module, die sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite Solarzellen haben, die das Sonnenlicht in Strom umwandeln können. Deswegen werden sie auch bifazial genannt. “Bifazial” bedeutet wörtlich übersetzt zweigesichtig.
Im Gegensatz zu klassischen Solarmodulen können bifaziale Module auch Licht auf ihrer Rückseite aufnehmen, wodurch ihre Effizienz erhöht wird. Dafür müssen sie allerdings im richtigen Winkel aufgestellt werden.
Fazit
Die Entwicklung von HJT ist eine wegweisende Erfindung in der Solarforschung gewesen, da sie die Vorteile von herkömmlichen, kristallinen Solarzellen mit den Dünnschichtmodulen verbindet. So ist ein deutlich höherer Wirkungsgrund der HJT-Module möglich, der auch bei schwachem oder diffusem Licht immer noch gute Erträge bringt.