Low-Light-Performance-Vergleich: TOPCon, BC und HJT gestützt durch reale Daten
Inhaltsverzeichnis
Einführung
Die Nennleistung ist ein Nennwert; das Schwachlichtverhalten ist die tatsächliche Leistung. In den meisten Regionen der Welt liegt die Einstrahlung über 90 % der Zeit unter 1000 W/m². Nur zwei oder drei Stunden um die Mittagszeit herum kommen den STC-Bedingungen nahe. Sonnenaufgang, Sonnenuntergang, bewölkter Himmel, Regen – Zellen verbringen den Großteil ihrer Arbeitszeit unter schwachem Licht. Ein hoher Nennwirkungsgrad garantiert keine hohe tatsächliche Leistung. Heute analysieren wir das Schwachlichtverhalten: Wer gewinnt physikalisch, wer erweist sich im Feld als stärker und wie beurteilt man die Schwachlichtqualität einer Zelle direkt in der Produktionslinie.
Die Physik des Schwachlichtverhaltens: Wer leckt und rekombiniert weniger
Aus dem Diodenersatzschaltbild 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 annähernd konstant (er hängt von Spannung und Rsh ab). Ein größerer Anteil des Leckstroms senkt Voc, was FF senkt, was den Wirkungsgrad senkt.
Je höher der Rsh (je kleiner die Leckage), desto besser das Schwachlichtverhalten. Dies ist der physikalische Kernfaktor.
| Zelltyp | Rsh-Eigenschaften | Schwachlichtleistung |
|---|---|---|
| HJT | i-a-Si:H-Passivierungsschicht mit hervorragender 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 die Verarmungszonenrekombination dominiert. Je größer n, desto schwerer der Rekombinationsverlust bei schwachem Licht. TOPCon's passivierte Kontaktstruktur ergibt n≈1,1-1,2, BC's rückseitiger interdigierter PN-Übergang hat mehr Grenzflächenrekombinationskanäle bei n≈1,2-1,4, und HJT's amorphe Siliziumpassivierung zeichnet sich durch n≈1,0-1,1 aus.
Der Serienwiderstand Rs spielt hier eine geringere Rolle. Der Leistungsverlust über Rs beträgt I²R; bei schwachem Licht ist der Strom klein, daher schwächt sich sein relativer Einfluss ab.
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:
Kantenleckrisiko: Das Ätzen der Gräben kann das Siliziumsubstrat beschädigen und Leckpfade bilden. Eine einzelne BC-Rückseite enthält Hunderte von Isolationsgräben, jeder ein potenzieller Leckpfad.
Grenzflächenrekombination: 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 hat es schlecht gemacht." 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, niedrige Grenzflächenzustandsdichte, den höchsten Rsh und den kleinsten Idealitätsfaktor.
Feldnachweis: TOPCon übertrifft BC bei der Leistungsausbeute pro Watt bei schwachem Licht
Die Felddaten mehrerer Testinstitute weisen in eine einheitliche Richtung:
| Testinstitut | Standort | Szenario | TOPCon vs. BC Gewinn bei schwachem Licht |
|---|---|---|---|
| CPVT | Yinchuan, Ningxia | Morgen-/Abend-Schwachlichtperioden | Bewölkt +3,89 %, sonnig +2,33 % |
| CPVT | Yinchuan, Ningxia | Extrem niedrige 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 %, Morgen-/Abendspitze +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 niedriger die Einstrahlung, desto größer die Lücke.
Aber auch innerhalb derselben Technologieroute ist die Variation groß. Multi-Lieferanten-Vergleichstests des Carbon Search Evaluation Lab zeigen, dass BC-Produkte 2,78 % bis 6,57 % bei 200 W/m² niedriger Einstrahlung verlieren, während TOPCon von 2,14 % bis 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.
Produktionserkenntnis: Bei der Auswahl ist das Prozessniveau eines Herstellers genauso wichtig wie die Wahl der Technologieroute.
Verwechseln Sie den Temperaturkoeffizienten nicht mit der Schwachlichtreaktion
Temperaturkoeffizient und Schwachlichtreaktion 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%/℃ |
| Schwachlichtreaktion | Szenarien mit niedriger Einstrahlung (<400 W/m²) | Am besten | Gut | Schwächer |
An einem heißen, bewölkten Sommertag überlagern sich hohe Temperatur und schwaches Licht, und HJT ist in beiden Bereichen führend, was seinen Vorteil verstärkt. An einem kalten, bewölkten Wintertag verringert die niedrige Temperatur den Einfluss des Temperaturkoeffizienten, und die Schwachlichtreaktion übernimmt die Führung. Verwenden Sie nicht den Temperaturkoeffizienten, um die Schwachlichtleistung zu erklären, und leiten Sie nicht den Temperaturkoeffizienten aus der Schwachlichtleistung ab – es sind zwei unterschiedliche physikalische Größen.
Schwachlichtoptimierung und UVID-Beständigkeit sind nicht grundsätzlich physikalisch gegenseitig ausschließend. Schwachlicht hängt von elektrischen Verlustmechanismen (Rsh, n) ab, während UVID von der Materialstabilität (Passivierungsschicht-Chemische Bindungen, Verkapselungsfolie) abhängt. Beide können durch unabhängige Optimierung getrennt verbessert werden.
Wie man die Schwachlichtqualität einer Zelle am Produktionsband beurteilt
Der direkteste Indikator: Shuntwiderstand 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, leidet die Schwachlichtausbeute mit Sicherheit.
Besonderer Hinweis für BC-Linien: Zellen, die in den Isolationsgrabenbereichen 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 Löchern 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 deutet normalerweise auf ein Problem an der TCO- und a-Si:H-Grenzfläche hin.
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 niedriger die Einstrahlung, desto größer die Lücke. Aber urteilen Sie nicht allein nach Technologieroute – die Lücke zwischen guten und schlechten Produkten derselben Route ist sogar größer als die Lücke zwischen den Routen.
Datenquellen: CPVT Yinchuan Feldtest (2025), TÜV Nord Kagoshima Feldtest, TÜV Rheinland Chengdu Feldtest, CGC Hainan Feldtest, State Grid Zhangbei Feldtest, Carbon Search Evaluation Lab Multi-Lieferanten-Vergleichstest (2025).
Ooitech's Ansicht: Die tatsächliche Schwachlichtausbeute, nicht die Nennleistung, ist das wahre Maß einer Solarzelle, und der Shuntwiderstand ist der einzelne Faktor, der sie am meisten bestimmt.
