HJT-Solarzellen (Heterojunction): Aufbau, TCO-Schichten
HJT-Zellen kombinieren kristallines Silizium mit amorphen Siliziumschichten und erreichen Wirkungsgrade bis 26,7 %. Eine technische Tiefenanalyse.
Von Redaktion Solarexperten24 · Redaktion · veröffentlicht am 7. Oktober 2025
Grundkonzept: Heterojunction zwischen kristallinem und amorphem Silizium
Die Heterojunction-Technologie (HJT, auch HIT — Heterojunction with Intrinsic Thin Layer, Panasonic-Markenname) basiert auf der Kombination von einkristallinem Silizium (c-Si) als Absorber mit beidseitig aufgebrachten amorphen Siliziumschichten (a-Si:H). Diese Struktur erzeugt hocheffektive Passivierungsgrenzflächen und erlaubt symmetrische Bifazialität — ein wesentlicher Vorteil gegenüber anderen Zellkonzepten.
Schichtaufbau im Detail
Der vollständige Schichtaufbau einer HJT-Zelle lautet (Vorder- zu Rückseite):
- TCO-Front (ITO, In₂O₃:Sn, ~70 nm)
- a-Si:H(p) — dotierte p-Typ-Schicht (~5–10 nm)
- a-Si:H(i) — intrinsische Pufferschicht (~5 nm)
- n-Typ-c-Si-Wafer (Absorber, ~150 µm)
- a-Si:H(i) — intrinsische Pufferschicht (~5 nm, Rückseite)
- a-Si:H(n) — dotierte n-Typ-Schicht (~5–10 nm)
- TCO-Rück (ITO oder AZO, ~70 nm)
- Silberpaste-Kontakte (Low-Temperature-Siebdruck, < 200 °C)
Die intrinsischen a-Si:H(i)-Schichten sind der Schlüssel zur Passivierungsqualität: Sie sättigen Dangling Bonds (DB) an der c-Si-Oberfläche mit Wasserstoff, was eine Interface-Defektdichte Dit < 10¹⁰ cm⁻²eV⁻¹ ermöglicht und Voc-Werte von 740–750 mV erlaubt.
TCO-Schichten: ITO vs. AZO
Transparente leitfähige Oxide (TCO) erfüllen zwei Funktionen gleichzeitig: optische Transparenz (Transmission > 90 % bei 400–1100 nm) und elektrische Leitfähigkeit (Schichtwiderstand < 80 Ω/sq). Indium-Zinnoxid (ITO, In₂O₃:SnO₂) ist der Standard, weist aber Probleme mit Indium-Verfügbarkeit und -preis auf. Aluminium-dotiertes Zinkoxid (AZO) ist eine kostengünstigere Alternative mit leicht schlechterer Stabilität gegenüber Feuchtigkeit. Die Abscheidung erfolgt durch Magnetron-Sputtern bei Raumtemperatur — ein Niedrigtemperaturprozess, der die a-Si:H-Schichten nicht schädigt.
Temperaturverhalten: Der entscheidende Vorteil
HJT-Module zeigen den besten Temperaturkoeffizienten aller kommerziellen Solarzellentechnologien: Tk(Pmpp) = −0,24 bis −0,27 %/K, verglichen mit −0,35 bis −0,40 %/K bei PERC/TOPCon. Bei einer Modultemperatur von 70 °C (δT = 45 K über STC) berechnet sich der Vorteil für ein 420-Wp-Modul:
- HJT: 420 × (1 − 0,0026 × 45) = 420 × 0,883 = 370,9 W
- PERC: 420 × (1 − 0,0038 × 45) = 420 × 0,829 = 348,2 W
Ein HJT-Modul liefert bei 70 °C ca. 22,7 W (6,5 %) mehr als ein äquivalentes PERC-Modul. In heißen Klimazonen (Mittelmeer, Nahost) ist dieser Vorteil erheblich.
Bifazialität bei HJT
Da HJT-Zellen symmetrisch aufgebaut sind, erreichen sie einen Bifazialitätsfaktor von 93–98 % (verglichen mit 75–85 % bei PERC-bifazial). Das rückseitige TCO ermöglicht eine nahezu uneingeschränkte Lichtsammlung. Bei einer Albedo von 0,2 (Asphalt) und einem optimierten Aufständerungsabstand ergibt sich ein Mehrertrag durch Bifazialität von 5–8 % für HJT vs. 4–6 % für PERC-bifazial.
Effizienzrekorde und kommerzielle Verfügbarkeit 2025
- Laborrekord HJT (Kaneka, 2017): η = 26,7 % (Zellfläche 79 cm²)
- Laborrekord HJT (LONGi HJT, 2023): η = 26,81 % (bestätigt NREL)
- Kommerzielle Module 2025: η = 23,5–25,0 % (z. B. REC Alpha, Panasonic EverVolt)
Schwächen: Indiumabhängigkeit und Prozesskosten
HJT-Produktion ist kapitalintensiver als PERC oder TOPCon: Die Sputteranlagen für TCO, die PECVD-Systeme für a-Si:H und die Anforderungen an Niedertemperatur-Siebdruck erhöhen die CAPEX. Der Silberverbrauch bei Low-Temperature-Pasten ist höher als bei HT-Pasten. Außerdem führt die Indium-Abhängigkeit (ITO) zu geopolitischen Risiken — Indium ist eine kritische Ressource, 70 % der Weltproduktion kommen aus China.