Was sind n-Typ Solarzellen?

• Was sind n type Solarzellen? n-Typ Solarzellen sind eine Art Solarzellen, die aus n-dotiertem Silizium bestehen. Im Gegensatz zu p-Typ Solarzellen, bei denen das Silizium mit Bor dotiert ist, werden n-Typ Solarzellen mit Phosphor dotiert. Das ermöglicht eine höhere Effizienz und bessere Leistung für die Energieerzeugung.
• P/N Bedeutung: Bei der Herstellung von Solarzellen kommt heute als Ausgangsmaterial derzeit hauptsächlich p-Typ Silizium zum Einsatz, obwohl n-Typ Si die besseren elektrischen Eigenschaften besitzt. Die Kombination der bereits verbreiteten Produktionsprozesse mit n-Typ Material ermöglicht vielversprechende Wege für einfach herzustellende hocheffiziente Solarzellen.
• Solarzellen Unterschiede & Anwendung: Aufgrund dieser Eigenschaften sind n-Typ Solarzellen besonders geeignet für Hochleistungsanwendungen und werden in Premium-Solarmodulen eingesetzt. Trotz ihrer (noch) höheren Produktionskosten gelten sie durch ihre erhöhte Effizienz und längere Lebensdauer als der künftig marktbeherrschende Solarzellentyp.
• PERC oder N-Type: PERC-Zellen sind kostengünstiger und haben eine solide Leistung, n-Type PV-Zellen bestechen durch höhere Effizienz und Langlebigkeit. Das macht sie attraktiv für Anwendungen mit hohen Leistungsanforderungen und langfristige Investitionen. Die Wahl zwischen beiden hängt von den spezifischen Anforderungen und dem Budget des Projekts ab. In neuen Produktionslinien setzen Hersteller aber vorrangig auf n-Typ-Zellen.
• Wirkungsgrad n-Typ-Zellen: Die effizientesten Siliziumsolarzellen werden aktuell auf Basis der n-Typ-Zellen gefertigt. So lag im Juli 2023 der Wirkungsgradrekord auf Zellebene von Siliziumsolarzellen bei 26,8 % und wurde durch eine Heterojunction-Solarzelle auf n-Typ-Basis erreicht.

Siliziumzellen bestehen aus zwei unterschiedlich dicken Bereichen, die sich in ihrer Leitfähigkeit unterscheiden. Der eine ist n-leitend, der andere p-leitend. In marktüblichen Zellen besteht die untere dickere Schicht aus p-leitendem Silizium, die obere dünne Schicht aus n-leitendem Silizium.

• P-Typ Solarzellen basieren auf einer positiv geladenen (p steht für positiv) Siliziumbasis, dessen Wafer mit Bor dotiert ist, mit einem Elektron weniger als Silizium. Die Oberseite des Wafers ist dann mit Phosphor, der ein Elektron mehr hat als Silizium, negativ dotiert (n-Typ). Durch diesen p-n-Übergang wird der Stromfluss in der Zelle ermöglicht.
• N-Typ Solarzellen sind umgekehrt gebaut, wobei die n-dotierte Seite als Basis der Solarzelle dient.

Während die p-Type Zellen die Solarzellen-Branche viele Jahre dominierte, fokussierten sich die Bemühungen der großen Hersteller zuletzt immer öfter auch auf n-Typ-Solarzellen. Warum? Mit n-type können höhere Wirkungsgrade erzielt werden.

Lange Zeit wurden kaum n-Typ-Zellen produziert, da die Herstellung schwierig ist. Das Hauptproblem stellte die Behandlung der Oberseite dar.

Verfahren aus der Herstellung herkömmlicher Zellen, bei denen man zum Beispiel eine Antireflexschicht aus Siliziumnitrid erzeugt, funktionieren bei n-Typ-Zellen nicht. Seit Mitte der 2010er Jahre gehören n-Typ-Solarzellen zu den leistungsstärksten Zellen am Markt.

Die Rekordplätze für n-type resultieren vor allem durch höhere Trägerlebensdauer. N-Typ-Solarzellen sind durch ihre Phosphor-Dotierung weniger anfällig für den Bor-Sauerstoff-Defekt. Das führt dazu, dass sie "immun" gegen lichtinduzierte Degradation sind.

Zudem gibt es n-Typ Solarzellen weniger metallische Verunreinigungen des Siliziums. Die Änderung der Polarität führt zu einer deutlich höheren Minoritätsladungsträger-Lebensdauer (hier Löcher). Ganz einfach, weil der Einfangquerschnitt der meisten metallischen Verunreinigungen für Elektronen erheblich größer als für Löcher ist. Die effektive Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger übersteigt bei entsprechender Oberflächenpassivierung die Zelldicke deutlich. Dadurch muss die Ladungstrennung durch den p/n-Übergang nicht mehr an der Vorderseite erfolgen.