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TOPCon-Solarzellen: Aufbau, Funktion, Vor- und Nachteile, Kosten

TOPCon-Solarzellen sind im Begriff, den Photovoltaik-Markt zu revolutionieren.  In diesem Beitrag gehen wir näher auf den Aufbau und die Funktionsweise von TOPCon-Modulen ein. Außerdem erklären wir Ihnen, welche Kosten für die Anschaffung anfallen, sowie die Vor- und Nachteile der Solarzellen in der tatsächlichen Anwendung.

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Was sind TOPCon-Solarzellen?

TOPCon bedeutet ausgeschrieben “Tunnel Oxide Passivated Contact” und beschreibt den Aufbau der Solarzelle. Die besondere Idee dabei ist, dass das Metall der Anschlusskontakte nicht mit der Siliziumschicht in Kontakt kommt. 

Das erhöht die Energieausbeute der TOPCon-Solarzellen. Außerdem wird bei der Herstellung eine spezielle Oxidschicht auf die Solarzelle aufgetragen, die für den “Tunneleffekt” sorgt und damit ebenfalls die Effizienz erhöht. 

Die TOPCon-Technologie ist eine Erfindung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energieforschung und wurde bereits 2013 gemacht. Es dauerte jedoch noch einige Zeit, bis die ersten Solarmodule mit dieser Technik in die Fertigung gingen. 

Doch jetzt sind sie da und auf dem Weg, einen neuen Standard einzuläuten.

Wie sind TOPCon-Module aufgebaut?

Die TOPCon-Module verwenden sowohl eine p-dotierte als auch eine n-dotierte Siliziumschicht, die durch eine Tunnelverbindung miteinander verbunden sind. Also ganz ähnlich den PERC-Modulen. TOPCon ist quasi eine Weiterentwicklung. 

TOPCon-Solarzellen bestehen aus n-Typ-Solarzellen. Denn der verwendete Siliziumwafer ist n-dotiert und damit negativ geladen. Außerdem nutzen TOPCon-Module eine besondere Rückseitenpassivierung bestehend aus einer dünnen Schicht Siliziumoxid. Diese Passivierung sorgt für eine höhere Effizienz der Solarzelle. 

TOPCon-Solarzelle oder N-Type-Solarzelle: Aufbau einfach erklärt
  1. Antireflexionsbeschichtung: Auf der Vorderseite des Photovoltaikmoduls wird eine Antireflexionsbeschichtung aufgebracht, um den Lichtverlust durch Reflexion zu minimieren und den Energieertrag zu maximieren.

  2. Vorderseitenkontakt: Direkt auf der Antireflexionsbeschichtung befindet sich eine dünne Schicht aus leitfähigem Material wie Silber oder Aluminium. Diese Schicht dient als positiver Elektrodenkontakt und ermöglicht den Stromfluss aus dem Modul.

  3. Unter dem Vorderseitenkontakt befindet sich die n-dotierte Schicht aus Silizium und Phosphor. 

  4. Direkt unter dieser Schicht befindet sich eine p-dotierte Schicht aus Silizium und Bor. Aus diesen Siliziumschichten kann das Sonnenlicht einzelne Elektronen herauslösen und so Strom erzeugen. 

  5. Unter dieser Siliziumschichten befindet sich eine dünne Schicht aus Siliziumoxid. Diese Schicht ist das Besondere an TOPCon und blockiert den Durchgang für die Ladungsträger. Der Strom kann die Barriere jedoch aufgrund des Tunneleffekts überwinden. Dies ist quantenmechanisch zu erklären. 

  6. Rückseitenkontakt: Auf der Rückseite des polykristallinen Siliziums befindet sich ein weiterer leitfähiger Kontakt, der den elektrischen Strom sammelt und aus dem Modul leitet. Dieser Rückseitenkontakt dient als negative Elektrode.

Viele Jahre setzten die Hersteller von Solarmodulen ausschließlich auf p-Typ-Solarzellen, da diese einfacher und billiger herzustellen waren. Bei der Produktion von TOPCon-Solarzellen wird aber auf n-Typ-Solarzellen gesetzt, da diese einen höheren Wirkungsgrad versprechen und nicht so anfällig für Leistungsverluste sind. P-Typ-Solarzellen altern schneller und verlieren über die Jahre stärker an Leistung.

Wie funktionieren TOPCon-Module?

Dadurch, dass TOPCon Solarzellen den direkten Kontakt zwischen Siliziumschicht und Metallkontakten vermeiden, kann hier keine Rekombination stattfinden wie bei herkömmlichen Modellen. 

Durch diese Rekombination vereinigen sich sonst positive und negative Ladungsträger und annullieren sich. So kommt bei klassischen Solarmodulen ein Leistungsverlust zustande. Die TOPCon-Technologie verhindert diesen Verlust und steigert so die Leistung des Moduls. Die stark dotierte Siliziumschicht erhöht zudem die Leitfähigkeit und vermindert Übertragungsverluste innerhalb des Solarmoduls. 

So können TOPCon-Module einen Wirkungsgrad von bis zu 25 % erreichen. Herkömmliche Module erreichen meist nur 22 %. 

Was sind die Vor- und Nachteile von TOPCon-Solarzellen?

Die TOPCon-Solarzellen sind ihren klassischen Kollegen um einiges voraus, vor allem bei der Effizienz. Doch es gibt noch weitere Aspekte, die für TOPCon sprechen.

Vorteile TOPCon-Solarzellen

Nachteile TOPCon-Solarzellen

Sehr hoher Wirkungsgrad

Höhere Kosten

Geringer Temperaturkoeffizient

Komplexe Herstellung

Weniger anfällig für Verschattung

Begrenzte Marktreife

Vorteile von TOPCon-Modulen

  • Höherer Wirkungsgrad: TOPCon-Solarmodule haben einen deutlich höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu klassischen Modulen. Das bedeutet, dass sie mehr Solarenergie in elektrischen Strom umwandeln können.

  • Geringerer Temperaturkoeffizient: Der Temperaturkoeffizient gibt an, wie stark der Modulwirkungsgrad mit steigender Temperatur abnimmt. TOPCon-Module haben einen geringeren Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass sie bei hohen Temperaturen, wie sie oft auf Dächern vorkommen, weniger stark an Leistung verlieren.

  • Weniger anfällig für Verschattungen: TOPCon-Module sind aufgrund ihres speziellen Aufbaus mit Tunneloxid besser in der Lage, mit Verschattungen umzugehen. Sie können die Leistungseinbußen durch Teilbeschattungen minimieren, während klassische Solarmodule dann kaum noch Strom produzieren.

Nachteile von TOPCon-Modulen

  • Höhere Herstellungskosten: Die Produktion von TOPCon-Solarmodulen erfordert fortschrittliche Technologien und hochwertige Materialien wie Silber, was zu höheren Herstellungskosten führt. 

  • Komplexerer Herstellungsprozess: Die Herstellung von TOPCon-Modulen erfordert auch einen komplexeren Prozess im Vergleich zu herkömmlichen Modulen, was zu höheren Herstellungskosten führen kann.

  • Begrenzte Marktreife: TOPCon-Technologie ist eine relativ neue Entwicklung in der Solarindustrie, was bedeutet, dass sie noch nicht so weit verbreitet ist wie herkömmliche Module. Das kann zu längeren Lieferzeiten für Material und Ersatzteile führen. Auch gibt es noch keine allgemeinen Standards für die Massenproduktion.

Was kosten TOPCon-Module?

TOPCon-Solarmodule kosten zwischen 250 bis 330 € pro kWp (Kilowattpeak), während klassische PV-Module bei 200 bis 300 € pro kWp liegen. 

Um eine 10 kWp PV-Anlage mit TOPCon-Modulen auszustatten, sollten Sie also 2.500 € bis 3.300 € für die TOPCon-Solarmodule einkalkulieren. Dazu kommen die Kosten für den notwendigen Wechselrichter sowie die Verkabelung der Solaranlage 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 rechnen. 

Hersteller von TOPCon-Modulen

Mittlerweile finden sich einige Hersteller, die TOPCon-Solarmodule zum Kauf anbieten. Wir haben ein paar Angebote für sie zusammengetragen. 

Hersteller

Modell

Leistung

Preis

Preis pro kWp

Sunket

TOPCon bifazial N-Type

430 W

139,00 €

323,25 €

Solyco

TOPCon 420W bifazial mono GG

420 W

129,99 €

309,50 €

Bluesun

Black Frame JET Topcon N-Type

450 W

109,99 €

244,42 €

Luxor

ECO Line N-Type TOPCon GG bifacial

435 W

136,05 €

312,76 €

Jinko Solar

Tiger Neo N-Type

425 W

110,00 €

258,82 €

Trina Solar

Vertex S+ N-Type GG

430 W

84,99 €

197,65 €

Jolywood

JW-HD108N

425 W

82,00 €

192,94 €

Suntech Power

STP420S-C54

420 W

90,83 €

216,26 €

Wie gut sind TOPCon Solarmodule wirklich?

TOPCon-Solarmodule werden ihrem guten Ruf auf jeden Fall gerecht, die lange Forschung des Fraunhofer-Instituts hat sich ausgezahlt. Denn mit dieser neuen Art Solarzellen kann man den PV-Ertrag steigern und auch bei Verschattung gute Erträge einfahren. Zudem ist auch die Lebensdauer der Solarzellen länger und sie verlieren kaum an Leistung über die Jahre.

Im Vergleich zu anderen Solarmodulen wie den PERC– oder den HJT-Modulen sind die Anschaffungskosten auch nur geringfügig höher. Diese höheren Kosten gleichen sich aber während der langen Lebensdauer einer Photovoltaikanlage in wenigen Jahren durch die höhere Effizienz wieder aus.

Wenn man schon in eine Solaranlage investiert, dann sollte man direkt die Solarmodule mit der höchsten Effizienz wählen. In dem Fall TOPCon. Ihr Geldbeutel wird sich in ein paar Jahren bedanken.

TOPCon-Solarzellen FAQs

TOPCon Solarzellen beinhalten die Bestandteile normaler Solarzellen, besitzen zusätzlich aber eine ultradünne Schicht aus Siliziumoxid. Diese verhindert den direkten Kontakt der metallischen Anschlusskontakte mit der dotierten Siliziumschicht. Außerdem verweden sie N-Type anstelle von P-Type Solarzellen, weshalb TOPCon-Solarzellen deutlich höhere Wirkungsgrade haben.
TOPCon-Module sind sozusagen eine Weiterentwicklung der PERC-Module und haben ihnen damit natürlich einiges voraus. Somit ist die TOPCon-Technik von der Leistungseffizienz her auf jeden Fall besser als die PERC-Module. Zudem setzen die TOPCon-Module auf n-Typ-Solarzellen statt wie PERC auf p-Typ-Solarzellen. Diese unterliegen nämlich einem stärkeren Alterungsprozess und verlieren ihre Leistung schneller.
Auch im Vergleich zu den HJT-Modulen hat TOPCon die Nase vorn. Denn auch HJT-Module kommen nur auf einen Wirkungsgrad von ca. 24 %, während TOPCon einen Wirkungsgrad von ca. 25 % aufweist. Denn die HJT-Module haben keine spezielle Beschichtung, die die Rekombination der Ladungsträger auf der Rückseite des Solarmoduls verhindert. So entsteht hier ein Leistungsverlust, der sich bemerkbar macht. Außerdem sind TOPCon-Module bisher die einzigen, die auf n-Typ-Solarzellen setzen, diese behalten ihre Leistung über die Jahre besser und sind nicht so degenerativ.
Im Vergleich zu allen vorgestellten Techniken sind die TOPCon-Solarmodule die mit der höchsten Effizienz, wenn es darum geht Strom aus Sonnenlicht zu erzeugen. Da kann bisher keine andere Technik mithalten.

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