PERC-Technologie: Funktionsprinzip, Aufbau und Effizienzgewinne
PERC-Zellen dominieren den Markt durch eine passivierte Rückseitenstruktur. Wir erklären den physikalischen Mechanismus und die erreichbaren Effizienzgewinne.
Von Redaktion Solarexperten24 · Redaktion · veröffentlicht am 3. Oktober 2025
Was ist PERC? Historische Einordnung
Die PERC-Technologie (Passivated Emitter and Rear Cell) wurde bereits in den 1980er Jahren von Martin Green an der UNSW entwickelt, fand aber erst ab 2013 den Weg in die Massenproduktion. Heute (2025) sind PERC und seine Weiterentwicklungen (PERC+, PERL, PERT) die dominierende Zelltechnologie in der PV-Industrie und haben die klassische BSF-Zelle (Back Surface Field) weitgehend verdrängt.
Klassische BSF-Zelle vs. PERC: Strukturvergleich
Bei der herkömmlichen BSF-Zelle wird die Rückseite vollflächig mit Aluminium metallisiert. Beim Einbrennen bildet sich eine p+-dotierte Al-Si-Legierungsschicht direkt unter dem Metall — das Back Surface Field. Diese Schicht erzeugt ein elektrisches Feld, das Elektronen von der Rückseite fernhält und damit Rekombinationsverluste reduziert. Dennoch bleibt die Rückseite optisch aktiv absorbierend — einfallendes Licht, das die Zelle passiert hat, wird im Aluminium in Wärme umgewandelt.
PERC-Zellen ergänzen diesen Aufbau durch zwei wesentliche Modifikationen:
- Passivierungsschicht auf der Rückseite (typisch: Al₂O₃ + SiNₓ-Schichtfolge, je 5–15 nm)
- Lokale Rückseitenkontakte durch laserinduzierte Öffnungen (Laser Contact Opening, LCO)
Physikalischer Mechanismus der Passivierung
Die Al₂O₃-Schicht (Aluminiumoxid, ALD-abgeschieden) bietet zwei Passivierungsmechanismen: chemische Passivierung durch Absättigung offener Si-Bindungen (Si-H-Bindungen an der Grenzfläche) und Feldeffektpassivierung durch die negative Festladung der Al₂O₃-Schicht (Qf ≈ −10¹² cm⁻²). Diese negative Ladung erzeugt ein lokales elektrisches Feld, das Elektronen aus dem p-Silizium fernhält und damit die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit (Seff) von >500 cm/s (BSF) auf <10 cm/s (PERC) reduziert.
Die darüberliegende SiNₓ-Schicht (Siliziumnitrid, PECVD-abgeschieden) dient als Passivierungsschutzschicht und Anti-Reflexionsfilm. Die Kombination Al₂O₃/SiNₓ ermöglicht außerdem eine erhöhte interne Reflexion der Rückseite: kurzwelliges Licht (λ < 900 nm) wird zum Emitter hin zurückreflektiert und kann dort noch Ladungsträger erzeugen.
Effizienzgewinne durch PERC
Der Wirkungsgradgewinn von PERC gegenüber BSF beträgt typischerweise 0,8–1,5 % (absolut). Im Labor wurden folgende Rekordwerte erreicht:
- BSF-Zelle (mono): η ≈ 20,0 %
- PERC-Zelle (mono, Fraunhofer ISE): η = 24,0 % (Rekord 2021)
- PERC-Modul (kommerziell, 2025): η = 22,5–23,5 %
Die höhere interne Quantenausbeute (IQE) bei λ = 800–1100 nm ist direkt messbar: BSF-Zellen zeigen im nahen Infrarot einen deutlichen IQE-Einbruch durch Rückseitenrekombination, PERC-Zellen hingegen eine nahezu flache IQE-Kurve bis 1050 nm.
Herstellungsprozess und Laser Contact Opening
Die Produktion von PERC-Zellen erfordert zusätzlich gegenüber BSF: ALD (Atomic Layer Deposition) für Al₂O₃ mit Schichtdickengenauigkeit von ±1 nm sowie eine Laserstrukturierung der Rückseitenpassivierung. Das LCO (Laser Contact Opening) erzeugt periodische Linien oder Punkte (typisch 40–60 µm breit, Pitch 700–1000 µm), durch die lokale Al-Si-Kontakte entstehen. Zu breite Öffnungen erhöhen die Rekombination, zu schmale erhöhen den Serienwiderstand — die Optimierung dieses Trade-offs ist zentrales Prozess-Know-how.
LeTID und PERC-Degradation
PERC-Zellen zeigen eine spezifische Degradationsform: LeTID (Light and elevated Temperature Induced Degradation). Dieser Effekt tritt bei erhöhten Temperaturen (40–75 °C) unter Beleuchtung auf und ist auf Wasserstoff-Diffusion aus der SiNₓ-Schicht in das Zellinnere zurückzuführen, wodurch Bulk-Defekte aktiviert werden. LeTID kann Leistungsverluste von 2–7 % verursachen, bildet sich aber bei weiterer Alterung teilweise wieder zurück. Hersteller begegnen LeTID durch optimierte Feuerschritte (Firing-Prozess) und wasserstoffarme SiNₓ-Formulierungen.
Ausblick: PERC+ und Übergang zu TOPCon
PERC bleibt 2025 noch das meistproduzierte Zellkonzept (Marktanteil ca. 45 %), verliert aber gegenüber TOPCon (n-Typ) zunehmend Marktanteile. PERC+ (mit schmalem Emitter und selektivem Emitter) kann Wirkungsgrade von bis zu 23,8 % erreichen, nähert sich aber damit der physikalischen Effizienzgrenze für einseitige, eindiffusionsbasierte p-Typ-Zellen.