Kristallijne silicium-zonnecellen
Siliciumgebaseerde cellen behoren tot de eerste en oudste generatie zonnecellen. Met een wereldwijd productieaandeel van 97% (2023) domineren ze de markt volledig.
Waarom silicium?
Silicium is bijzonder geschikt voor zonnecellen:
| Eigenschap | Voordeel |
|---|---|
| Voorkomen | Op één na meest voorkomende element in de aardkorst |
| Halfgeleidereigenschappen | Ideaal voor het fotovoltaïsche effect |
| Stabiliteit | Lange levensduur (25+ jaar) |
| Productie-ervaring | Decennialange optimalisatie |
Monokristallijn vs. polykristallijn
Het belangrijkste verschil zit in de kristalstructuur:
Monokristallijn silicium
Czochralski-proces: uit één kristal worden wafers gezaagd
| Eigenschap | Waarde |
|---|---|
| Structuur | Eén doorlopend kristal |
| Kleur | Donkerblauw tot zwart |
| Rendement | 20–24% (commercieel) |
| Productie | Czochralski-proces |
Voordelen:
- Hoogste rendement
- Lange levensduur
- Beste oppervlaktebenutting
Nadelen:
- Hogere productiekosten
- Complexer productieproces
Polykristallijn silicium
| Eigenschap | Waarde |
|---|---|
| Structuur | Veel kleine kristallen |
| Kleur | Lichtblauw, glinsterend |
| Rendement | 17–19% (commercieel) |
| Productie | Gietproces |
Voordelen:
- Goedkopere productie
- Eenvoudiger proces
Nadelen:
- Lager rendement
- Afnemend marktaandeel
Markttrend: Polykristallijne modules worden steeds vaker vervangen door monokristallijne. Het prijsverschil is minimaal geworden, terwijl het rendementsverschil duidelijk blijft.
Productietechnologieën in detail
AL-BSF: de klassieke standaard
AL-BSF staat voor "Aluminium Back Surface Field" – jarenlang de standaardtechnologie.
Laagopbouw van een klassieke AL-BSF-zonnecel
| Laag | Functie |
|---|---|
| N-contact | Negatieve pool, stroomafvoer |
| N-gedoteerd silicium | Elektronenoverschot |
| PN-overgang | Ladingstrennung |
| P-gedoteerd silicium | Basismateriaal |
| Aluminiumlaag | Vermindert recombinatie |
| P-contact | Positieve pool |
Rendement: 18–20% (commercieel)
PERC: de doorontwikkeling
PERC = "Passivated Emitter and Rear Cell" – een doorontwikkeling van AL-BSF.
Verbeteringen ten opzichte van AL-BSF:
- Extra passiveringslaag
- Lokale contacten aan de achterzijde
- Minder recombinatieverliezen
| Aspect | AL-BSF | PERC |
|---|---|---|
| Rendement | 18–20% | 21–23% |
| Recombinate | Hoger | Lager |
| Kosten | Laag | Gemiddeld |
| Marktaandeel | Afnemend | Dominant |
PERC is momenteel de meest verkochte technologie.
HIT/SHJ: heterojunctietechnologie
HIT = "Heterojunction with Intrinsic Thin Layer" (ook SHJ = Silicon Heterojunction)
Combinatie van kristallijn en amorf silicium
| Laag | Materiaal |
|---|---|
| N-contact | Metalen rooster |
| PN-overgang | Heterojunctie |
| Kristallijn Si | N-gedoteerd (basis) |
| Amorf Si | Ongedoteerd + P-gedoteerd |
| TCO | Transparante oxidelaag |
| P-contact | Metalen laag |
Voordelen van HIT/SHJ:
- Zeer hoog rendement (22–24%)
- Lage temperatuurcoëfficiënt
- Bifaciale toepassing mogelijk
- Lange levensduur
Nadelen:
- Complexere productie
- Hogere kosten
TOPCon: de nieuwe ster
TOPCon = "Tunnel Oxide Passivated Contact" – de opkomende marktleider.
TOPCon: tunneloxide-laag voor maximale efficiëntie
| Laag | Functie |
|---|---|
| N-contact | Stroomafvoer |
| Passiveringslaag | Vermindert recombinatie |
| N-gedoteerd silicium | Basis (N-type cel!) |
| PN-overgang | Ladingstrennung |
| Tunneloxide-laag | Maakt tunneleffect mogelijk |
| P-gedoteerd silicium | Dunne laag |
| P-contact | Stroomafvoer |
Bijzonderheid: De tunneloxide-laag benut het kwantummechanische tunneleffect – elektronen worden doorgelaten, gaten niet.
Voordelen van TOPCon:
- Hoogste commerciële rendement (22–24%)
- Kan op PERC-productielijnen worden ingevoerd (ombouw mogelijk)
- N-type: geen lichtgeïnduceerde degradatie
- Goed gedrag bij weinig licht
Technologievergelijking
Beoordeling: ++ zeer goed, + goed, - slecht, -- zeer slecht
Samenvatting
| Technologie | Rendement | Kosten | Trend |
|---|---|---|---|
| AL-BSF | 18–20% | Laag | ↓ Uitlopend |
| PERC | 21–23% | Gemiddeld | → Stabiel |
| HIT/SHJ | 22–24% | Hoog | ↑ Premiumsegment |
| TOPCon | 22–24% | Gemiddeld | ↑↑ Sterk groeiend |
Welke technologie kiezen?
| Situatie | Aanbeveling | Reden |
|---|---|---|
| Budgetgericht | PERC | Beste prijs-prestatieverhouding |
| Maximale efficiëntie | TOPCon of HJT | Hoogste rendementen |
| Beperkt dakoppervlak | N-type (TOPCon/HJT) | Meer opbrengst per m² |
| Balkoninstallatie / kleine set | PERC | Voordelig en voldoende |
| Langetermijninvestering | N-type | Minder degradatie |
Conclusie
Belangrijkste punt: Kristallijne siliciumcellen hebben met 97% een vrijwel monopolie op de zonnestroommarkt. De trend gaat duidelijk richting N-type cellen: TOPCon zal naar verwachting PERC als standaardtechnologie verdringen. Voor nieuwe installaties zijn TOPCon-modules doorgaans de beste keuze – ze combineren hoog rendement, levensduur en prijs op een gunstige manier.
Wie zich verder wil verdiepen: Dunnefilm en nieuwe technologieën
Bronnen
- Pastuszak, J.; Węgierek, P.: Photovoltaic Cell Generations and Current Research Directions. Materials 2022
- ITRPV: International Technology Roadmap for Photovoltaic 2024
- D. Pan, T. Guo, X. Chen: Silicon-based solar cell: Materials, fabrication and applications. ISCTIS 2021
- Lindroos, J.; Savin, H.: Review of light-induced degradation in crystalline silicon solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells 2016