Leistungsvergleich bei schwachem Licht: TOPCon, BC
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Kurze Antwort: Die Leistung bei schwachem Licht entscheidet über die tatsächliche Ausbeute eines Moduls, denn die meisten installierten Betriebsstunden finden nicht bei 1000 W/m2 statt. In einem Vergleich zwischen TOPCon, BC und vergleichbaren Architekturen zeigt sich der Unterschied zwischen den Zelltypen als prozentualer Anteil der Ausbeute bei niedriger Einstrahlung: Unter Bedingungen von etwa 100 W/m2 maß eine Architektur etwa 4,38 % relative Ausbeute gegenüber 2,33 % bei einer anderen. Diese Lücke ist kleiner als ein Nennleistungsunterschied und größer, als sie klingt, denn sie gilt für jede Schwachlichtstunde des Jahres. Der Mechanismus ist der Shunt-Widerstand und die Rekombination bei niedriger Ladungsträgerkonzentration – eine Zelle mit mehr Rekombination verliert proportional mehr, wenn das Licht schwach ist. Deshalb kann ein Modul, das bei der Nennleistung unter Standardtestbedingungen gewinnt, bei der Jahresausbeute in einer Region mit Dunst, Bewölkung oder Stromerzeugung am frühen Morgen und am späten Nachmittag verlieren.
PV-Modulfertigung · von Jerry, Ooitech
Einführung
Die Nennleistung ist ein bewerteter Wert; die Schwachlichtantwort ist die reale Leistung. In den meisten Regionen der Welt liegt die Einstrahlung über 90 % der Zeit unter 1000 W/m². Nur zwei oder drei Stunden um den Sonnenhöchststand herum kommen den STC-Bedingungen nahe. Sonnenaufgang, Sonnenuntergang, bewölkter Himmel, Regen – Zellen verbringen den größten Teil ihrer Arbeitslebensdauer unter schwachem Licht. Ein hoher Nennwirkungsgrad garantiert keine hohe reale Leistung. Heute analysieren wir die Schwachlichtantwort: Wer gewinnt physikalisch, wer erweist sich im Feld als stärker und wie beurteilt man die Schwachlichtqualität einer Zelle direkt in der Produktionslinie.
Die Physik der Schwachlichtantwort: Wer leckt und rekombiniert weniger
Aus dem Dioden-Ersatzschaltbild ist die Ursache für den Wirkungsgradabfall bei schwachem Licht einfach: Der photogenerierte Strom schrumpft, aber Leckage und Rekombination schrumpfen nicht proportional, sodass ihr relativer Anteil wächst.
Der kritischste Faktor: Shuntwiderstand Rsh
Bei schwachem Licht sinkt der photogenerierte Strom stark, aber der Leckstrom bleibt ungefähr konstant (er hängt von Spannung und Rsh ab). Ein größerer Anteil an Leckstrom zieht Voc nach unten, was FF nach unten zieht, was den Wirkungsgrad senkt.
Je höher der Rsh (je kleiner die Leckage), desto besser die Schwachlichtantwort. Dies ist der Kernfaktor der Physik.
| Zelltyp | Rsh-Eigenschaften | Schwachlichtleistung |
|---|---|---|
| HJT | i-a-Si:H-Passivierungsschicht mit ausgezeichneter Isolierung, extrem geringer Grenzflächenrekombination | Am besten |
| TOPCon | Positive und negative Pole auf Vorder- und Rückseite verteilt, wenige Kantenisolationszonen, kontrollierbare Leckpfade | Gut |
| BC | Rückseitige interdigitierte Struktur, viele P⁺/N⁺-Isolationsgräben, erhöhtes Kantenleckrisiko | Schwächer |
Sekundärer Faktor: Idealitätsfaktor n
Der Idealitätsfaktor spiegelt den Rekombinationsmechanismus wider: n=1 für idealen Diffusionsstrom, n=2, wenn Rekombination in der Verarmungszone dominiert. Je größer n ist, desto schwerwiegender ist der Rekombinationsverlust bei schwachem Licht. Die passivierte Kontaktstruktur von TOPCon ergibt n≈1,1-1,2, die rückseitige interdigitierte PN-Struktur von BC hat mehr Grenzflächen-Rekombinationskanäle bei n≈1,2-1,4, und die amorphe Silizium-Passivierung von HJT zeichnet sich durch n≈1,0-1,1 aus.
Der Serienwiderstand Rs spielt hier eine geringere Rolle. Der Leistungsverlust über Rs ist I²R; bei schwachem Licht ist der Strom gering, sodass seine relative Auswirkung abnimmt.
Warum BC bei schwachem Licht schwächer ist: Ein struktureller Grund
BC platziert sowohl positive als auch negative Elektroden auf der Rückseite, was zahlreiche Isolationsgräben zwischen den P⁺- und N⁺-Bereichen erfordert, um eine elektrische Trennung zu erreichen. Diese Gräben bringen zwei Probleme mit sich:
Kantenleckage-Risiko: Das Ätzen der Gräben kann das Siliziumsubstrat beschädigen und Leckagepfade bilden. Eine einzelne BC-Rückseite enthält Hunderte von Isolationsgräben, von denen jeder ein potenzieller Leckagepfad ist.
Grenzflächen-Rekombination: Die P⁺/N⁺-Grenzflächenfläche der rückseitigen interdigitierten Struktur wird größer, was Rekombinationszentren hinzufügt und den Idealitätsfaktor n erhöht.
Dies ist eine inhärente strukturelle Herausforderung, keine Frage von "wer es schlecht gemacht hat." Prozessoptimierung (Kontrolle der Grabenmorphologie, Verbesserung der Passivierungsschichten) kann helfen, aber die Struktur bringt BC an diesem Punkt einen natürlichen Nachteil.
Der Grund, warum HJT bei schwachem Licht am besten abschneidet, ist das Gegenteil: Die intrinsische amorphe Silizium-Passivierungsschicht i-a-Si:H bietet hervorragende Oberflächenpassivierung, geringe Grenzflächenzustandsdichte, den höchsten Rsh und den kleinsten Idealitätsfaktor.
Feldbeweis: TOPCon übertrifft BC bei der Leistung pro Watt unter schwachem Licht
Die Felddaten mehrerer Testinstitute weisen in eine konsistente Richtung:
| Testinstitut | Standort | Szenario | TOPCon vs. BC Schwachlicht-Gewinn |
|---|---|---|---|
| CPVT | Yinchuan, Ningxia | Morgen-/Abend-Schwachlichtperioden | Bewölkt +3,89%, sonnig +2,33% |
| CPVT | Yinchuan, Ningxia | Extreme geringe Einstrahlung (0-100 W/m²) | +4.38% |
| TÜV Nord | Kagoshima, Japan | <400 W/m² | +10.79% |
| TÜV Rheinland | Chengdu | 90% bewölkte/regnerische Tage | +2,37%, morgens/abends Spitze +7,18% |
| CGC | Hainan | 127 Tage, darunter 76 Regentage | +7.83% |
| State Grid | Zhangbei | 200 W/m² | +2.6% |
Bei schwachem Licht übertrifft die Leistung pro Watt von TOPCon die von BC, und je geringer die Einstrahlung, desto größer die Lücke.
Aber auch die Unterschiede innerhalb derselben Technologieroute sind groß. Vergleichende Tests mehrerer Lieferanten durch das Carbon Search Evaluation Lab zeigen, dass BC-Produkte 2,78 % bis 6,57 % bei 200 W/m² geringer Einstrahlung verlieren, während TOPCon zwischen 2,14 % und 4,72 %. Die Lücke zwischen den "besten Produkten" der drei Technologien ist kleiner als die Lücke zwischen "guten Produkten vs. schlechten Produkten" innerhalb derselben Route.
Fazit für die Produktion: Bei der Auswahl ist das Prozessniveau eines Herstellers genauso wichtig wie die Wahl der Technologieroute.
Verwechseln Sie den Temperaturkoeffizienten nicht mit dem Schwachlichtverhalten
Temperaturkoeffizient und Schwachlichtverhalten sind zwei unabhängige Parameter, die jedoch leicht verwechselt werden.
| Parameter | Relevantes Szenario | HJT | TOPCon | BC |
|---|---|---|---|---|
| Temperaturkoeffizient | Hochtemperaturszenarien (Modul >50°C) | -0.24%/℃ | -0.29%/℃ | -0.26%/℃ |
| Schwachlichtverhalten | Szenarien mit geringer Einstrahlung (<400 W/m²) | Am besten | Gut | Schwächer |
An einem heißen, bewölkten Sommertag wirken hohe Temperatur und schwaches Licht zusammen, und HJT ist bei beiden führend, was seinen Vorteil verstärkt. An einem kalten, bewölkten Wintertag reduziert die niedrige Temperatur den Einfluss des Temperaturkoeffizienten, und das Schwachlichtverhalten übernimmt die Führung. Verwenden Sie den Temperaturkoeffizienten nicht, um das Schwachlichtverhalten zu erklären, und leiten Sie den Temperaturkoeffizienten nicht aus dem Schwachlichtverhalten ab – es handelt sich um zwei verschiedene physikalische Größen.
Low-Light-Optimierung und UVID-Beständigkeit sind physikalisch auch nicht grundsätzlich gegenseitig ausschließend. Low Light hängt von elektrischen Verlustmechanismen ab (Rsh, n), während UVID von der Materialstabilität abhängt (chemische Bindungen der Passivierungsschicht, Verkapselungsfolie Film). Beide können durch unabhängige Optimierung getrennt verbessert werden.
So beurteilt man die Schwachlichtqualität einer Zelle am Produktionsband
Der direkteste Indikator: der Shunt-Widerstand Rsh.
Beim I-V-Test gilt: Je höher der Rsh einer Zelle, desto wahrscheinlicher ist ihre gute Leistung bei Schwachlicht. Wenn eine Charge eine breite Rsh-Verteilung mit einem hohen Anteil an Zellen mit niedrigem Rsh aufweist, wird die Schwachlichtausbeute sicherlich leiden.
Besonderer Hinweis für BC-Linien: Zellen, die in den Grabenisolationsbereichen auf EL-Bildern abnormale helle Flecken zeigen, haben wahrscheinlich einen niedrigen Rsh. Dies entspricht dem zuvor erwähnten "Grabenkantenleckstrom" – ein Problem, zu dem die Struktur von Natur aus neigt.
TOPCon-Linien: Rsh über 1000 Ω·cm² ist im Allgemeinen normal; unter 500 erfordert eine Untersuchung der Kantenisolation oder von Nadellöchern in der Passivierungsschicht. Zellen mit ausgezeichnetem Schwachlichtverhalten zeigen normalerweise Rsh über 3000.
HJT-Linien: Rsh ist von Natur aus hoch, und Werte über 5000 sind üblich. Ein niedriger Rsh bei einer HJT-Zelle bedeutet jedoch normalerweise, dass an der TCO- und a-Si:H-Grenzfläche etwas schiefgelaufen ist.
Zusammenfassung
Das physikalische Konto der Schwachlichtreaktion: HJT ist am besten, TOPCon ist gut, BC steht vor strukturellen Herausforderungen. Das Feldkonto: Bei Schwachlicht übertrifft die Leistung pro Watt von TOPCon tatsächlich die von BC, und je geringer die Einstrahlung, desto größer die Lücke. Aber man sollte nicht allein nach Technologieroute urteilen – die Lücke zwischen guten und schlechten Produkten derselben Route ist sogar größer als die zwischen den Routen.
Datenquellen: CPVT-Feldtest Yinchuan (2025), TÜV-Nord-Feldtest Kagoshima, TÜV-Rheinland-Feldtest Chengdu, CGC-Feldtest Hainan, State-Grid-Feldtest Zhangbei, Carbon-Search-Evaluierungslabor Multi-Lieferanten-Vergleichstest (2025).
Ooitechs Ansicht: Die tatsächliche Schwachlichtausbeute, nicht die Nennleistung, ist das wahre Maß einer Solarzelle, und der Shunt-Widerstand ist der einzelne Faktor, der sie am meisten bestimmt.
