Minus zehn Prozent sind möglich

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Es gibt viele unterschiedliche Behauptungen zu lichtinduzierter Degradation (LID) und Degradation induziert durch Licht und erhöhte Temperatur (LeTID). Die einen sagen, diese lichtinduzierte Anfangsdegradation könne bis zu zehn Prozent betragen. Die Modulhersteller beruhigen gerne und sagen, sie hätten die Degradation im Griff und könnten sie auf ein bis 1,5 Prozent begrenzen. Was ist der Worst Case?

Der Worst Case ist, wenn beide Effekte unbehandelt vorliegen. Die Bor-Sauerstoff-LID kann bei Perc-Zellen im Worst Case allein schon fünf Prozent relativ ausmachen.

… relativ, das heißt, man würde fünf Prozent der prognostizierten Einnahmen verlieren …

Zumindest in dem Zeitraum, in dem die maximale Degradation auftritt. Und dann kommt LeTID noch dazu. Der LeTID-Effekt kann sogar noch stärker sein. Im Maximalfall können Zellen durch LeTID wirklich bis zu zehn Prozent relativ degradieren. Das haben wir schon gesehen.

Das heißt, insgesamt 15 Prozent relativ? Wenn ich ein Modul mit 20 Prozent Wirkungsgrad habe, bleiben noch 17 Prozent übrig?

Wenn beide Degradationseffekte ihre Maximalwirkung zum gleichen Zeitpunkt entfalten würden, wäre das richtig. Allerdings tritt Bor-Sauerstoff-LID vor allem in monokristallinem Cz-Material auf, während LeTID stärker in multikristallinem Material auftritt, so dass es wohl eher nicht zu einer kompletten Addition der maximal möglichen Verluste kommt. Aber das ist die Spannbreite. Diese Maximaldegradation tritt jedoch nicht immer automatisch auf; selbst wenn man sich nicht aktiv um eine Vermeidungsstrategie bemüht. Es gibt viele Abhängigkeiten, die die Stärke dieser Effekte beeinflussen können.

Es heißt oft, die hohe Degradation kann es bei multikristallinen Perc-Zellen geben, aber nicht bei monokristallinen. Stimmt das?

Man muss unterscheiden: Die Bor-Sauerstoff-LID ist im Wesentlichen bei den monokristallinen p-Typ-Zellen zu beobachten. LeTID trat zunächst hauptsächlich bei multikristallinen Zellen auf. Aber inzwischen wissen wir, dass LeTID auch in monokristallinem p-Typ-Material auftritt. Es ist allerdings normalerweise etwas weniger schlimm als bei Multi-Zellen.

LID und LeTID

LID, das steht für Light Induced Degradation (lichtinduzierte Degradation), LeTID steht für Light and elevated Temperature Induced Degradation (Degradation induziert durch Licht und erhöhte Temperatur) sind zwei Degradationseffekte, die derzeit vor allem im Zusammenhang mit Perc-Modulen diskutiert werden. LID ist schon länger bekannt und wird durch Bor-Sauerstoff-Defekte in dem Wafer hervorgerufen. Allerdings hält nur das nach dem Cz-(Czochralski)Verfahren hergestellte monokristalline Silizium einen hohen Sauerstoffgehalt. Das nach dem FZ-(Float Zone)Verfahren hergestellte monokristalline Silizium ist jedoch so viel teurer in der Herstellung, dass es praktisch nicht verwendet wird.

Das Thema Anfangsdegradation gab es schon vor Jahren bei Standard-Mono-Modulen. Damals gab es Lösungen. Warum redet man jetzt bei Perc-Modulen wieder darüber?

Das Ziel beim Umstieg auf die Perc-Technologie ist, dass man höhere Wirkungsgrade erreichen kann. Die höheren Wirkungsgrade werden dadurch möglich, dass nicht mehr die Zellarchitektur, sondern eher das Siliziummaterial selbst den Wirkungsgrad limitiert. Alles, was die Qualität des Siliziums schlechter macht, wirkt sich dadurch sehr viel stärker auf den Wirkungsgrad aus, als es das bei der Standard-Alu-BSF-Technologie tut. Das ist einer der Gründe, warum die Anfangsdegradation jetzt wieder in der Diskussion ist. Der andere Grund ist, dass bei Perc-Zellen an beiden Seiten, auf der Frontseite und auf der Rückseite, dielektrische Schichten zur Passivierung der Oberflächen aufgebracht sind. All diese dielektrischen Schichten sind ein Reservoir für Wasserstoff. Bei Perc-Zellen kann er von beiden Seiten eindringen. Da Wasserstoff bei dem LeTID-Degradationsmechanismus eine negative Rolle zu spielen scheint, ist dieser in Perc-Zellen stärker als in den Standard-Zellen. So lautet zumindest eine der derzeitig diskutierten Hypothesen.

Was sind die wichtigsten Stellschrauben, um die zwei Degradationsmechanismen zu reduzieren?

Man kann an den Zellprozessen arbeiten. Man kann versuchen, das thermische Budget, also die Temperaturbelastung, die der Wafer bei der Zellherstellung erfährt, und den Wasserstoffhaushalt zu optimieren. Das sind die klassischen Stellschrauben. Theoretisch kann man auch an der Wafer-Dicke arbeiten, um LeTID zu reduzieren. Dünnere Wafer zeigen weniger LeTID-Degradation. Das ist aber in der Praxis, in der Produktion nicht so einfach, da man auf eine gewisse Mindestdicke angewiesen ist.

Was ist dran an der Behauptung, dass sich die LeTID und die LID-Vermeidung teilweise widersprechen?

Ja, das ist leider genau richtig. Wir brauchen den Wasserstoff, um Bor-Sauerstoff-LID zu reduzieren. Andererseits wollen wir so wenig wie möglich Wasserstoff im Wafer haben, weil dann LeTID geringer ausfällt. Man muss einen Kompromiss eingehen. Allerdings ist Wasserstoff nicht gleich Wasserstoff. Es kommt sehr auf die Bindungsart an, in denen Wasserstoff im Silizium-Material vorliegt. Es ist noch nicht bekannt, was die beste Lösung ist. Wahrscheinlich wird es darauf hinauslaufen, den Wasserstoff so zu managen, dass er möglichst in einer für LeTID unschädlichen Variante vorliegt, aber trotzdem in ausreichender Konzentration, damit Bor-Sauerstoff-LID effektiv bekämpft werden kann. Das ist momentan eine schwierige Optimierungsaufgabe.

Sie sagen auch, dass Hersteller der Silberpasten für die Kontaktierung ihre Produkte anpassen müssen. Inwiefern?

Ja, das wäre eine weitere Optimierungsstrategie. Der Wasserstoffhaushalt wird im Wesentlichen im Feuerschritt, dem letzten Schritt in der Zellerstellung, eingestellt. Je höher die Temperatur bei diesem Feuerschritt ist, desto mehr Wasserstoff wird aus den dielektrischen Schichten in das Silizium eindiffundiert. Wenn man wenig eindiffundieren lassen will, dann müsste man zu niedrigeren Feuertemperaturen gehen. Der Feuerschritt dient eigentlich dazu, dass die Pasten die Zelle kontaktieren. Wenn das bei niedrigeren Feuertemperaturen noch gut funktionieren soll, müssen die Pasten angepasst werden. Das ist nicht so ganz einfach.

Wie gut können Zellhersteller das heute im Griff haben, wo sie doch Wafer zukaufen und es auch eine gewisse Spannbreite bei dem Ausgangsmaterial gibt?

Die Bor-Sauerstoff-LID kann man inzwischen wirklich in den Griff kriegen, auf Degradationswerte unter einem Prozent relativ. Da bin ich mir ganz sicher. Bei LeTID kommt es darauf an, welche Methoden angewendet werden. Es gibt wie gesagt mehrere Stellschrauben. Es ist aber bestimmt richtig, dass eine starke Variation des Ausgangsmaterials der Sache nicht zuträglich ist. Eine gute Kenntnis des Ausgangsmaterials ist notwendig, um alle Degradationseffekte in den Griff zu bekommen.

Was würden Sie Investoren raten, die solche Module kaufen?

Das Einfachste ist, ein Modul zu kaufen und zu testen. Bei LeTID muss man dabei allerdings aufpassen. Sie setzt bei Raumtemperatur in messbaren Zeiträumen nicht stark ein. Man braucht wirklich die typischen LeTID-Testbedingungen, bei denen das Modul unter Lichteinfall oder Bestromung in der Regel auf um die 75 bis 80 Grad Celsius erwärmt wird. Man muss aber aufpassen, dass der Hersteller nicht das Modul, was ich testen will, vorbehandelt. Das heißt, man muss in die Produktion gehen und ein Modul rausziehen, bevor es Licht gesehen hat. Es muss letztlich so ein Modul und in dem Zustand sein, wie man es auch nachher im Feld installieren will.

Das Gespräch führte Michael Fuhs für den pv magazine Podcast. Hier können Sie das Gespräch nachhören: www.pv-magazine.de/podcast/