Technologie von PERC-Solarzellen

PERC-Module sind eine relativ neue Solarzellentechnologie, die speziell entwickelt wurde, um den Wirkungsgrad von Photovoltaik-Modulen zu steigern. PERC steht für “Passivated Emitter and Rear Cell” und beschreibt Solarzellen, bei denen die Rückseite passiviert wurde.

Durch diese Passivierung kann die Effizienz von herkömmlichen Solarzellen um bis zu 1% gesteigert werden. Bei gleicher Modulgröße liefern PERC-Module also mehr Ertrag als Standard-Solarmodule. Sie sind damit vor allem für Hausbesitzer mit begrenzter Dachfläche interessant, da sie die Stromausbeute maximieren.

In diesem Artikel erfahren Sie die wichtigsten Informationen zu PERC-Solarmodulen: Wie die Technologie funktioniert, wo die Vorteile aber auch Nachteile liegen und für wen sich die Investition in PERC-Module lohnt.

Was ist PERC?

PERC steht für “Passivated Emitter and Rear Cell” und bezeichnet eine neue Art von Solarzellen, die durch eine zusätzliche Passivierungsschicht an der Rückseite den Wirkungsgrad von Photovoltaik-Modulen steigern können.

Bei herkömmlichen Solarzellen geht durch Reflexion und Rekombination an der Rückseite eines Teils des Lichts verloren. PERC-Solarzellen verhindern diese Verluste, indem die Rückseite passiviert wird. Dabei wird eine sehr dünne Dielektrikum-Schicht auf der Rückseite aufgebracht, die die Oberflächenrekombination reduziert.

Das “P” in PERC steht für die Passivierung der Emitter-Seite, also der Oberseite der Solarzelle. Hier wird die Oberfläche ebenfalls passiviert, um die Reflexion zu minimieren und die Effizienz zu erhöhen.

Das “E” steht für Emitter, den emittierenden Bereich der Solarzelle, an dem durch Bestrahlung mit Photonen die Ladungsträgergenerierung stattfindet.

Das “R” steht für Rear Cell, also die Rückseite der Solarzelle. Hier wird durch die Passivierungsschicht die Reflexion und Rekombination minimiert.

Durch diese zusätzlichen Passivierungsschichten kann der Wirkungsgrad von PERC Solarzellen um bis zu 1% gegenüber herkömmlichen Solarzellen gesteigert werden. Dies führt zu einem höheren Energieertrag der PERC Module.

Wie funktioniert PERC?

PERC steht für “Passivated Emitter and Rear Cell” und bezeichnet Solarzellen mit passivierter Emissionselektrode (vorne) und passivierter Rückseite. Das Herzstück der PERC-Technologie ist die Rückseitenpassivierung.

Bei herkömmlichen Solarzellen geht ein Teil des Lichts ungenutzt durch die Zelle hindurch und wird von der Rückseite absorbiert. Um dies zu verhindern, wird bei PERC-Zellen die Rückseite mit einem Dielektrikum beschichtet.

Diese Rückseitenpassivierung reflektiert vor allem rotes Licht mit einer Wellenlänge von 600-1200 nm zurück in die Solarzelle. Dadurch erhöht sich der lichtelektrische Strom und damit der Wirkungsgrad.

Insgesamt können durch PERC die Reflexionseigenschaften der Rückseite stark verbessert werden. Der Anteil reflektierten Lichts steigt von ca. 30% bei Standard-Solarzellen auf über 70% bei PERC-Zellen. Dieser Effekt wird auch als Photon Recycling bezeichnet.

Durch die Passivierung entsteht also eine Art Spiegel auf der Zellenrückseite, der mehr Licht in die Zelle zurückwirft und die Stromausbeute erhöht. Insgesamt steigert die PERC-Technologie den Wirkungsgrad um 1-2% gegenüber herkömmlichen Solarzellen.

Vorteile von PERC

PERC-Solarzellen zeichnen sich vor allem durch einen um ca. 1% höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen aus. Dies wird durch die passivierte Rückseite und die Reflexion des roten Lichts zurück in die Zelle erreicht.

Der höhere Wirkungsgrad bedeutet, dass mit der gleichen Zellenfläche mehr Solarstrom erzeugt werden kann. Bei begrenztem Platz, wie zum Beispiel auf kleinen Dachflächen, können so trotz der kleinen Fläche hohe Solarstromerträge erreicht werden.

Der höhere Wirkungsgrad führt auch dazu, dass der spezifische Ertrag von PERC-Modulen um etwa 5 Watt pro Quadratmeter Modulfläche gesteigert werden kann. Bei einer typischen Modulgröße von 60 Zellen können durch den Einsatz der PERC-Technologie also bis zu 300 Watt mehr Leistung pro Modul generiert werden.

Insgesamt ermöglicht PERC also durch die Effizienzsteigerung, aus der gleichen Solarzellenfläche mehr Solarstrom zu gewinnen. Dies ist vor allem für Anlagenbetreiber mit begrenztem Platzangebot ein interessanter Vorteil der PERC-Technologie.

Nachteile von PERC

Ein Nachteil von PERC-Modulen ist die höhere Degradation im Vergleich zu herkömmlichen Solarmodulen.

Degradation beschreibt den Effekt, dass Solarmodule mit der Zeit an Leistung verlieren. Bei PERC-Modulen ist dieser Effekt etwas stärker ausgeprägt. Im ersten Jahr verlieren PERC-Module etwa 0,7% ihrer Nennleistung, Standardmodule dagegen nur 0,5%.

Der höhere Degradationswert bei PERC-Modulen liegt daran, dass durch die zusätzliche Rückseitenbeschichtung die inneren Spannungen in der Solarzelle höher sind. Dadurch altern PERC-Zellen schneller.

Langfristig bedeutet dies, dass PERC-Module nach 25 Jahren etwa 80% ihrer ursprünglichen Nennleistung erbringen. Standardmodule kommen nach dieser Zeit noch auf 83%.

Die etwas höhere Degradation ist der Preis für den um 1% höheren Wirkungsgrad. Bei der Planung einer Solaranlage sollte dies berücksichtigt werden.

Einsatzgebiete für PERC

PERC-Module eignen sich aufgrund der höheren Kosten vor allem für kleinere Dachflächen, um den Solarertrag zu maximieren. Durch den um 1% höheren Wirkungsgrad lassen sich auf begrenztem Dachflächen, wie z.B. bei Einfamilienhäusern, mehr Kilowattpeak installieren.

Auf großen Freiflächenanlagen machen sich die Mehrkosten von PERC-Modulen dagegen weniger bezahlt. Hier können kostengünstigere Module eingesetzt werden, um eine wirtschaftliche Solarstromerzeugung zu erreichen. Insgesamt gilt: Je kleiner die zur Verfügung stehende Dachfläche, desto eher lohnt sich der Einsatz von PERC-Modulen zur Maximierung der installierten Leistung und des Ertrags.

Kosten von PERC

PERC-Module sind immer noch deutlich teurer in der Herstellung als herkömmliche Standard-Solarmodule ohne diese Zusatztechnologie.

Laut einer Studie von Fraunhofer ISE aus dem Jahr 2021 liegen die Produktionskosten für PERC-Solarmodule derzeit etwa 10-15% über denen von Standardmodulen. Dieser Kostennachteil liegt vor allem an den aufwendigeren Fertigungsschritten.

Insbesondere die Passivierung der Rückseite und das Aufdampfen der hochreflektierenden Siliziumdioxidschicht machen PERC-Zellen teurer. Zusätzliche Produktionsschritte bedeuten auch tendenziell eine geringere Ausbeute und damit höhere Kosten pro Modul.

Auf Modulebene schlagen sich die höheren Zellkosten daher direkt in Form eines Aufschlags von 10-20 Cent pro Watt nieder. Ein PERC-Modul mit 300 Watt kostet also etwa 30-60 Euro mehr als ein Standardmodul gleicher Leistung.

Dieser Kostennachteil ist aktuell so hoch, dass sich PERC trotz des Effizienzvorteils nur bedingt rechnet. Bei sehr knappen Dachflächen kann sich der Einsatz lohnen, bei größeren Anlagen ist PERC aber noch nicht wirtschaftlich. Langfristig könnten durch Skaleneffekte und verbesserte Fertigungsprozesse die Kosten von PERC-Modulen weiter sinken.

Hersteller von PERC

Die wichtigsten Hersteller von PERC-Solarzellen und -Modulen sind:

JA Solar

JA Solar ist ein chinesischer Solarmodulhersteller mit Sitz in Shanghai. Das Unternehmen produziert seit 2014 PERC-Solarzellen und gilt als einer der führenden Anbieter dieser Technologie. JA Solar bietet ein breites Sortiment an PERC-Modulen für Wohn- und Gewerbedächer sowie Solarparks an.

Jinko Solar

Jinko Solar aus Shanghai zählt zu den 5 größten Modulherstellern weltweit. Das Unternehmen stellt seit 2016 PERC-Zellen und -Module her. Jinko war einer der ersten großen chinesischen Hersteller, der in PERC investiert hat. Heute machen PERC-Module einen großen Anteil von Jinkos Produktion aus.

Trina Solar

Trina Solar aus dem chinesischen Changzhou produziert seit 2015 PERC-Module. Mit einer Produktionskapazität von über 30 Gigawatt gehört Trina zu den Marktführern bei PERC. Die Modul-Effizienz der Trina PERC-Module liegt bis zu 20,5 Prozent.

Alternativen zu PERC

Eine kostengünstigere Alternative zu PERC-Modulen sind Halbzellenmodule. Bei diesen werden keine vollständigen Solarzellen verwendet, sondern jede Zelle in zwei Hälften geteilt.

Dadurch verringern sich die inneren Stromverluste und der Wirkungsgrad erhöht sich ähnlich wie bei PERC. Zudem wird der Leistungsabfall bei Verschattung minimiert.

Halbzellenmodule haben eine Reihe von Vorteilen:

• Höherer Wirkungsgrad als herkömmliche Module
• Geringerer Leistungsabfall bei Teilverschattung
• Kostengünstiger als PERC bei vergleichbarem Wirkungsgrad
• Einfachere Installation durch geringeres Modulgewicht

Aktuell setzen die meisten Hersteller eher auf Halbzellenmodule, da diese in der Produktion weniger aufwendig sind. Es ist daher fraglich, ob sich PERC langfristig durchsetzen wird.

Für Hausbesitzer kann es sinnvoll sein, Angebote für beide Technologien einzuholen. In vielen Fällen sind Halbzellenmodule die kostengünstigere und sinnvollere Alternative.

Zukunft von PERC

Ob sich PERC auf Dauer am Markt durchsetzen wird, ist derzeit noch nicht abzusehen. Es herrscht eine gewisse Unsicherheit, ob und wie lange sich die Investition in die aufwendigere PERC-Technologie lohnt.

Der Trend scheint aktuell eher in Richtung Halbzellenmodule zu gehen. Diese sind eine kostengünstigere Alternative zu PERC mit ähnlichen Vorteilen wie einem höheren Wirkungsgrad. Große Hersteller konzentrieren sich daher zunehmend auf die Halbzellentechnologie.

Einige Experten sind der Meinung, dass PERC langfristig von Halbzellenmodulen verdrängt werden könnte. Letztere sind einfacher herzustellen und dadurch günstiger. Gerade bei größeren Solaranlagen auf Flachdächern oder Freiflächen könnten sich Halbzellen durchsetzen.

Für kleinere Dachanlagen zur Eigenstromerzeugung werden aber auch mittelfristig weiterhin PERC-Module angeboten werden. Hier können sie mit ihrer höheren Leistung die Flächeneffizienz steigern.

Die Zukunft von PERC ist also noch offen. Sollte sich die Technologie jedoch nicht als neuer Industriestandard etablieren, könnten PERC-Module schon in wenigen Jahren eine Nischenlösung darstellen.

Fazit

Für kleinere Photovoltaikanlagen auf Privatdächern sind PERC-Solarmodule in der Regel eine sinnvolle Wahl, um die Stromerträge noch etwas zu steigern. Der um etwa 1% höhere Wirkungsgrad macht sich bei einer Anlage mit beispielsweise 5 kWp deutlich bemerkbar.

Bei größeren Solarparks ist der Einsatz von PERC-Modulen hingegen oft weniger sinnvoll. Zum einen sind die Mehrkosten hier aufgrund der großen Modulflächen beträchtlich. Zum anderen relativiert sich der Vorteil des um 1% höheren Wirkungsgrades bei großen Anlagen, so dass kaum merklich mehr Erträge erzielt werden.

Insgesamt lässt sich festhalten, dass PERC-Solarmodule ihre Stärken vor allem beim Einsatz auf kleinen bis mittelgroßen Dachflächen ausspielen können. Hier ist die Investition in die neue Zellentechnologie in der Regel lohnenswert. Bei Solarparks kommt es hingegen stark auf die Kostenkalkulation an, ob sich PERC-Module rechnen.

Quellen

• Fraunhofer ISE: Photovoltaics Report, verschiedene Jahrgänge (Für Informationen zu Wirkungsgrad und Kosten von PERC)

• PV Magazine: PERC solar cell technology – PV-Tech, 2017 (Hintergrundinformationen zu Funktionsweise von PERC)

• Jinko Solar: Produktdatenblatt Eagle PERC Module, 2020 (Technische Daten für PERC Module von Jinko)

• Trina Solar: Why PERC? 2015 (Informationen zu Vorteilen von PERC aus Herstellersicht)

• PVTech: PV Tech Power 22 – Halbzellenmodule, 2017 (Vergleich von PERC und Halbzellenmodulen)

• Taiyangnews: PERC Solar Cell Technology – More than hype?, 2016 (Diskussion der Vor- und Nachteile von PERC)

• Photon Magazine: Taiwans CWT will PERC vom Markt verdrängen, 2019 (Informationen zu Alternativen wie Halbzellenmodulen)

Die Quellenangaben dienen zur Orientierung über die verwendeten Informationsgrundlagen dieses Artikels. Sie erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit.