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Hallo Welt!

IBC-Solarpanel erklärt + Stärken und im Vergleich zu anderen Technologien

Auf der Suche nach hocheffizienter Solarenergie hat sich das IBC-Solarpanel als attraktive Lösung herausgestellt, die im Laufe der letzten ein bis zwei Jahrzehnte zunehmend an Bedeutung gewonnen hat.

Aber was genau ist ein IBC-Panel und wie schlägt es sich im Vergleich zu anderen hochmodernen Panels wie PERC- und Schindelpanelen?

In diesem ausführlichen Handbuch erfahren Sie mehr über diese Panel-Technologie und erhalten einige Hinweise, anhand derer Sie feststellen können, ob sie für Ihr Projekt geeignet ist.

Was ist das IBC-Solarpanel?

IBC-Solarzellen (Interdigitated Back Contact) wurden erstmals in den frühen 1980er Jahren entwickelt (Kuruganti, 2024), die aufgrund ihrer einzigartigen Struktur viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Zellen bieten.

Zusammensetzung und Struktur

Der Begriff IBC bezieht sich auf das einzigartige Design der Metallkontakte in Solarmodulen. Obwohl die IBC-Technik überwiegend bei herkömmlichen kristallinen Siliziummodulen (c-Si) eingesetzt wird, ist ihre Anwendung nicht nur auf diese Modultypen beschränkt.

Das Herzstück der IBC-Panels ist ihre Verlagerung der positiven und negativen Metallkontakte auf die Rückseite des Panels. Dies stellt einen deutlichen Kontrast zu herkömmlichen Solarpanelen dar, bei denen die Vorderseite ein Gitter aus Metallkontakten aufweist, die das einfallende Sonnenlicht blockieren können und weniger ansprechend sind.

Genauer gesagt kann die Struktur eines IBC c-Si-Solarmoduls in der folgenden Abbildung veranschaulicht werden.

Schematische Darstellung des Aufbaus einer IBC-Solarzelle
C. Hollemann, Haase F, M. Rienäcker, et al. Trennung der beiden Polaritäten der POLO-Kontakte einer 26.1% effizienten IBC-Solarzelle. Wissenschaftliche Berichte. 2020;10(1). doi:https://doi.org/10.1038/s41598-019-57310-0

Dieses Beispiel zeigt, dass ein p-Typ c-Si-Material als lichtabsorbierende Schicht hergestellt wird, in der Elektronen-Loch-Paare erzeugt werden. Darüber befinden sich eine Passivierungsschicht und eine Antireflexschicht, die integriert sind, um die Rekombination zu minimieren bzw. die Photonenabsorption zu maximieren.

Unterhalb der p-Typ c-Si-Basis befindet sich eine dünne Schicht SiOx Um die Effizienz und Leistung bei der Energieumwandlung zu verbessern, wird ein sogenanntes Tunneloxid-Material hinzugefügt.

Damit eine IBC-Solarzelle die vorderen Kontakte auf die Rückseite verlagern kann, sind durchsetzte oder ineinandergreifende Bereiche von n+- und p+-Emittern erforderlich. Ein intrinsischer Separator wird typischerweise zwischen einem n+-Emitter und einem p+-Emitter eingefügt, um eine Pin-Diodenstruktur zu bilden, die die Umwandlung erleichtert. 

Metallkontakte werden mittels Laserablation oder nasschemischer Abscheidung unter den Emittern platziert. Zwischen den Emittern und Kontakten fügen viele Hersteller von IBC-Solarmodulen auch Passivierungsmaterialien hinzu, um Rekombinationsverluste weiter zu reduzieren.

Da die Frontkontakte auf die Rückseite verlegt wurden, stellt ihre Sichtbarkeit kein Problem dar. Im Allgemeinen werden größere Metallmaterialien verwendet. 

Da die Platzierung und Ausrichtung von Emittern und Metallkontakten eine ziemlich komplizierte Aufgabe ist, Fotolithografie Um die Genauigkeit sicherzustellen, werden Techniken durchgeführt.

So funktioniert ein IBC-Solarpanel

Ein IBC-Solarpanel funktioniert, indem es Sonnenlicht über seine gesamte Vorderseite absorbiert. 

Das absorbierte Licht erzeugt Elektronen-Loch-Paare (eh) im Siliziummaterial. Diese Ladungen werden dann durch die elektrischen Felder getrennt, die an der pn-Übergänge auf der Rückseite der Zelle in einem verschachtelten Muster.

Die Elektronen bewegen sich zu den n-Typ-Regionen und die Löcher bewegen sich zu den p-Typ-Regionen, wo sie von entsprechenden Metallkontakten auf der Rückseite gesammelt werden. 

Die gesammelten Ladungen werden dann durch einen externen Stromkreis transportiert, wodurch Strom erzeugt wird.

IBC-Solarmodule im Vergleich zu ähnlichen Modultechniken

Unter den mehreren Solarmodultechnologien mit höherer Effizienz haben PERC- und Schindelmodule hohe Marktanteile, wobei sie in ihrer Designphilosophie einige Ähnlichkeiten mit IBC-Modulen aufweisen.

IBC vs. PERC-Panels

Kurz gesagt: PERC-Solarmodule verwenden ein unkomplizierter und kostengünstiger Ansatz um eine höhere Effizienz zu erreichen. Sie verbessern herkömmliche c-Si-Module, indem sie eine zusätzliche Passivierungsschicht sowie lokale Back Surface Fields auf der Rückseite der Module hinzufügen.

Tatsächlich wird in IBC-Solarmodulen ein ähnliches Design verwendet. 

Wie bereits erwähnt, Passivierungsmaterialien sind ebenfalls eingebunden in die Rückseite von IBC-Zellen, unterhalb der Emitter. Dieses Design, das nach einem ähnlichen Prinzip wie PERC-Module funktioniert, reduziert effektiv Rekombinationsverluste und verbessert so die Gesamteffizienz.

Der Hauptgrund für die höhere Effizienz von IBC-Modulen liegt jedoch in der Verlagerung der Frontkontakte auf die Rückseite, wodurch die für die Sonnenlichtabsorption verfügbare Fläche maximiert wird. 

IBC-Module vs. Schindel-Solarmodule

Die wichtigste Ähnlichkeit zwischen IBC- und Schindel-Solarmodulen liegt in ihrem Konstruktionsziel: Beide zielen darauf ab, die dem Sonnenlicht ausgesetzte Oberfläche zu maximieren.

Allerdings nutzen Schindel-Solarmodule ein ziemlich anderer Ansatz.

Bei einem Schindelmodul wird jede Zelle in Streifen geschnitten und diese Streifen werden ähnlich wie Dachschindeln übereinander gelegt. Durch das Stapeln der Zellstreifen von Kante zu Kante über das Modul hinweg ist die Sichtbarkeit der vorderen Metallkontakte signifikant reduziert. Darüber hinaus wird im Vergleich zu flachen Paneloberflächen durch die Stapelanordnung die gesamte Lichtaufnahmefläche direkt erhöht, wobei die Neigungen zwischen den Streifenreihen so subtil sind, dass sie die glatte Ästhetik des Panels kaum beeinträchtigen.

Wann sollten IBC-Solarmodule verwendet werden?

IBC Solarmodule sind bekannt für ihre hohe Effizienz, wobei einige führende Produkte die 25-Prozent-Effizienzmarke übertreffen können. Dies macht sie ideal für Anwendungen, bei denen es auf maximale Leistung pro Quadratmeter ankommt, wie etwa Wohnhausdächer mit begrenztem Platz, Gewerbegebäude mit dem Ziel, die Energieproduktion zu steigern, sowie Industrieprojekte, die hohe Energieerträge erfordern.

Andererseits macht das Design der IBC-Panels die Verwendung von Metallkontakten auf der Vorderseite überflüssig, was zu ein elegantes, komplett schwarzes Erscheinungsbild. Dadurch eignen sie sich besonders für Projekte, bei denen Optik ist entscheidend, aber BIPV-Produkte sind nicht die optimale Wahl.

Und nicht zuletzt sind effiziente IBC-Solarmodule dank ihrer einzigartigen Konstruktion auch eine gute Wahl für Projekte in Umgebungen mit hohen Temperaturen. 

Durch die Anordnung aller Kontakte auf der Rückseite können Serienwiderstand und Wärmeableitung besser optimiert werden. Und in Verbindung mit der Verwendung von Antireflex- und Passivierungsmaterialien ist der Gesamttemperaturkoeffizient von IBC-Panels niedriger als der von herkömmlichen c-Si-Produkten. Diese Eigenschaft sorgt dafür, dass sie auch bei heißem Wetter eine effiziente, reibungslose Leistung aufrechterhalten.

Die Kosten von IBC-Panels verstehen

Im Gegensatz zu PERC-Platten, die mit vorhandenen Produktionsprozessen und mäßigen Nachrüstungen hergestellt werden können, ist die Herstellung von IBC-Platten viel komplexer und erfordert den Einsatz moderner Prozesse und Materialien.

Die höheren Anschaffungskosten können jedoch durch den höheren Energieertrag und die lange Lebensdauer ausgeglichen werden, die oft für 25 bis 30 Jahre garantiert ist. Studien zeigen, dass Premium-IBC-Module über einen Zeitraum von 25 Jahren bis zu 55 % mehr Energie erzeugen können als herkömmliche Module gleicher Größe.

Einige landesweite und lokale Solaranreize für hocheffiziente Solartechniker können dazu beitragen, den Druck zur Verwendung von IBC-Modulen zu verringern. Und wenn die IBC-Technologie ausgereifter und weiter verbreitet wird, können Skaleneffekte die Kosten im Laufe der Zeit senken.

Zusammenfassung: Die Vorteile von IBC-Panels

  • Höhere Effizienz: Das IBC-Paneldesign bietet eine maximale effektive Oberfläche für die Absorption, was zu höheren Umwandlungsraten führt. Diese hohe Effizienz führt zu einer höheren Stromproduktion auf derselben Oberfläche, was sie besonders bei platzbeschränkten Installationen vorteilhaft macht.
  • Verbesserte Ästhetik: Das Fehlen von Metallkontakten auf der Vorderseite verleiht IBC-Panels ein ästhetisch ansprechenderes Erscheinungsbild und macht sie besonders beliebt für Wohnhausdächer und architektonische Anwendungen, wo sie den Wert der Immobilie steigern können.
  • Verbesserte Haltbarkeit und Langlebigkeit: Dieses Paneldesign kann zu weniger mechanischer und thermischer Belastung führen und schützt vor vielen Umweltfaktoren, die Verschleiß verursachen. Daher haben IBC-Panels oft eine lange Garantie und eine längere Lebensdauer als herkömmliche Panels.
  • Niedrigerer Temperaturkoeffizient: Ihr niedrigerer Koeffizient ermöglicht ihnen eine bessere Leistung bei Installationen in heißen Klimazonen, ein weiterer numerischer Vorteil neben der hohen Effizienz.
  • Vereinfachte Optimierungen: Da sich alle Kontakte auf der Rückseite befinden, sind die optischen und elektrischen Optimierungen der Zelle voneinander entkoppelt, was die Optimierungsprozesse rationalisiert. Die „All-Back-Side“-Anordnung ermöglicht zudem eine effiziente Wärmeableitung und vereinfacht den Optimierungsprozess für Panel-Arrays.

Blick in die Zukunft & Schlussworte

Im Bereich der IBC-Solarmodule wird aktiv geforscht.

Neuere Studien haben integriert halbtransparente Perowskit-Solarzellen mit IBC-Siliziumzellen zur Verbesserung der Gesamtleistung. 

In diesem Jahr hat Maxeon Solar bedeutende Fortschritte bei der Reduzierung des Hotspot-Risikos in seinen IBC-Produkten gemacht. Die Maxeon 7 IBC-Zellen zeigen eine 70% niedriger durchschnittlicher Temperaturanstieg bei Teilbeschattung im Vergleich zu Mitbewerbern. 

Forscher am ISC Konstanz und der TU Delft hat entwickelt eine neuartige Strukturierungstechnik für IBC-Solarzellen, die das Potenzial für eine noch höhere Effizienz von IBC-Modulen durch innovative Herstellungsverfahren unterstreicht.

Auf jeden Fall stellt die IBC-Technologie eine weithin anerkannte Spitzenarchitektur für Solarzellen dar, die speziell dafür entwickelt wurde, mögliche Behinderungen der Sonneneinstrahlung auf das Halbleitermaterial zu minimieren.

Der Markt für IBC-Solarmodule ist vielversprechend.

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