Die Unterschiede zwischen p-Typ und n-Typ Solarzellen
Die p-Typ Solarzelle ist die Solarzellenstruktur, die jeder kennt und die in den letzten vier Jahrzehnten den größten Anteil des Marktes hält.
P-Typ Solarzellen basieren darauf, dass die Zelle auf einer positiv geladenen (daher p-Typ) Siliziumbasis aufgebaut ist. Der Wafer ist mit Bor dotiert, 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 diese p-n-Verbindung wird der Stromfluss in der Zelle ermöglicht.
N-Typ Solarzellen sind umgekehrt gebaut, wobei die n-dotierte Seite als Basis der Solarzelle dient. Die erste Solarzelle, die von den Bell Laboratories im Jahre 1954 produziert wurde, war eine n-Typ, Rückkontakt, Solarzelle. Die allerersten Jahre brachten eine rasche und wichtige Effizienzsteigerung. Die p-Typ Struktur übernahm dann aber die Führung in der Branche, weil die Solartechnik in den frühen Tagen ihrer Entwicklung vor allem für die Raumfahrt eingesetzt wurde, und es stellte sich heraus, dass die p-Typ-Struktur eine bessere Beständigkeit gegen Strahlungen für Raumfahrtanwendungen hatte. Dann entwickelte sich die Branche mit der Strukturierung der Wertschöpfungskette und die Technologie konnte die Vorteile von Skaleneffekten genießen.
Was sind dann die Hauptunterschiede zwischen den beiden Zelltypen?
– Die Effizienz: Die leistungsstärksten Solarzellen, die heute auf dem Markt erhältlich sind, werden auf n-Typ Basis hergestellt. Der Hauptgrund für ihre überlegene Effizienz liegt in der höheren Trägerlebensdauer, denn die Technologie ist nicht anfällig für den sogenannten Bor-Sauerstoff-Defekt. In der Tat, neigen Ingots, wenn sie gezogen werden, dazu, eine hohe Konzentration an gelöstem Sauerstoff zu haben, der aus dem Quarz des Tiegels mit dem geschmolzenen Silizium stammt. In Gegenwart von Bor-dotiertem Silizium bildet dieser Sauerstoff einen Rekombinationsbereich, der als Bor-Sauerstoff-Defekt bekannt ist und der die Effizienz schädigt. Bei der Verwendung von n-Typ-Solarzellen, die mit Phosphor dotiert sind, verschwindet dieser Effekt. Auch sind n-Typ Solarzellen weniger anfällig für metallische Verunreinigungen des Siliziums.
– Lichtinduzierter Degradationseffekt: n-Typ Solarzellen sind immun gegen LID, wieder dadurch, dass kein Bor-Sauerstoff-Defekt auftritt.
Quelle
– Martin Hermle, Silicon Solar Cells – Current Production and Future Concepts, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, BESSY II Foresight Workshop on Energy Materials, 10 October 2016
– Green MA, 2001, Crystalline silicon solar cells, in Archer MD;Hill R (ed.), Clean Electricity from Photovoltaics, edn. Original, Imperial College Press, United Kingdom, pp. 149 – 197 – MacDonald, D 2012, The emergence of n-type silicon for solar cell manufacture, Australia and New Zealand Solar Energy Society Conference (Solar 2012), Australian Solar Energy Society, Sydney NSW, p. 6