Solarzellen: Aufbau, Formate und Zellarchitekturen
Wie eine Solarzelle aufgebaut ist: Schichten, Kontakte, Busbars und Halbzellen – und was PERC, TOPCon und Heterojunction unterscheidet.
Eine Solarzelle ist etwa 0,15 Millimeter dick, quadratisch, rund 18 Zentimeter breit und liefert eine halbe Volt. Alles, was sie leisten muss, passiert in wenigen Mikrometern nahe der Oberfläche – der Rest ist Träger, Kontakt und Schutz.
Der Schichtaufbau von oben nach unten
- Antireflexschicht. Eine dünne Lage Siliziumnitrid senkt die Reflexion von rund einem Drittel auf wenige Prozent und gibt der Zelle ihre dunkelblaue Farbe.
- Vorderseitenkontakte. Feine Silberfinger sammeln die Elektronen ein und führen sie zu den Sammelschienen. Sie verschatten die Zelle leicht – deshalb werden sie immer dünner.
- n-dotierte Schicht. Wenige Hundert Nanometer dünn, mit Phosphor dotiert.
- p-n-Übergang. Die Grenzschicht mit dem elektrischen Feld, das die Ladungen trennt.
- p-dotierte Basis. Der größte Teil der Zelle, mit Bor dotiert. Hier entstehen die meisten Ladungsträger.
- Rückseitenkontakt und Passivierung. Früher eine durchgehende Aluminiumschicht, heute eine Passivierungsschicht mit punktuellen Kontakten – das ist der Kern der PERC-Technik.
Von der Zelle zum Modul
Eine Zelle liefert rund 0,55 Volt – unbrauchbar für sich allein. Erst die Reihenschaltung macht daraus eine nutzbare Spannung: Bei 120 Halbzellen kommen 30 bis 45 Volt zusammen, mehrere Module in Reihe ergeben die 300 bis 800 Volt, mit denen der Wechselrichter arbeitet.
Verbunden werden die Zellen über Busbars, die Sammelschienen auf der Oberfläche. Ihre Zahl ist über die Jahre gestiegen – von zwei auf heute neun bis sechzehn sehr dünne Drähte. Je mehr es sind, desto kürzer der Weg des Stroms im Silizium und desto geringer die Verluste.
Halbzellen: warum Module heute geteilt sind
Moderne Module bestehen nicht aus 60 ganzen, sondern aus 120 halbierten Zellen. Der Grund ist einfache Elektrotechnik: Halbiert man die Zelle, halbiert sich auch der Strom, und die Verluste in den Leitern gehen mit dem Quadrat des Stroms zurück – also auf ein Viertel. Das bringt ein bis zwei Prozent Mehrertrag.
Der zweite Vorteil zeigt sich im Schatten. Halbzellenmodule sind in zwei Hälften verschaltet, die parallel arbeiten. Liegt der Schatten auf der unteren Modulreihe, liefert die obere Hälfte weiter – bei einem klassischen Modul wäre die Leistung stärker eingebrochen.
PERC, TOPCon, Heterojunction
Innerhalb der monokristallinen Technik gibt es drei Zellarchitekturen, die sich in der Behandlung der Rückseite unterscheiden. Für die Kaufentscheidung ist der Unterschied kleiner als der zwischen zwei Angeboten – wissen sollte man ihn trotzdem:
- PERC passiviert die Rückseite und kontaktiert sie nur punktuell. Das war über ein Jahrzehnt der Standard und läuft jetzt aus.
- TOPCon legt zusätzlich eine hauchdünne Oxidschicht unter den Rückseitenkontakt. Das reduziert Verluste weiter und bringt ein bis zwei Prozentpunkte mehr Wirkungsgrad. Heute der Regelfall.
- Heterojunction (HJT) kombiniert kristallines mit amorphem Silizium. Der Wirkungsgrad ist am höchsten, das Temperaturverhalten am besten – dafür ist die Fertigung aufwendiger und der Preis höher.
Was die Zelle altern lässt
Zellen verlieren rund 0,4 bis 0,5 Prozent Leistung im Jahr. Die Ursachen liegen selten in der Zelle selbst, sondern an ihren Rändern: eindringende Feuchtigkeit, Mikrorisse durch Hagel oder unsachgemäßes Betreten, korrodierte Verbindungen. Sichtbar wird das erst spät – eine Thermografie zeigt es früher, siehe Mängel erkennen.
Häufige Fragen
Was sind bifaziale Zellen?
Zellen, die auch von der Rückseite Licht aufnehmen, weil der Rückseitenkontakt nicht mehr flächig ist. Auf hellem Untergrund und bei aufgeständerter Montage bringt das 5 bis 15 Prozent. Auf einem Ziegeldach mit geringem Abstand zur Dachhaut kommt hinten kaum Licht an.
Warum sind manche Zellen an den Ecken abgeschrägt?
Weil sie aus einem runden Einkristall geschnitten sind. Um möglichst wenig Material zu verlieren, wird der Zylinder nur so weit abgeflacht, dass ein fast quadratischer Wafer entsteht – die verbleibenden Rundungen sind das Erkennungszeichen älterer monokristalliner Zellen.
Wie viele Zellen hat ein übliches Modul?
Heute meist 108 bis 144 Halbzellen, entsprechend 54 bis 72 ganzen Zellen. Die Leistung liegt damit zwischen 400 und 460 Watt peak bei rund zwei Quadratmetern Fläche.
Weiter in der Kette
- Sonneneinstrahlung – wie viel Energie überhaupt ankommt
- Silizium – das Material, aus dem die Zellen sind
- Photovoltaischer Effekt – wie aus Licht eine Spannung wird
- Wirkungsgrad – wie viel davon übrig bleibt
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- Aufbau einer Anlage – was auf dem Dach und im Keller steht
- Netzeinspeisegerät – was der Begriff im Normtext bedeutet
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Quellen
- Fraunhofer ISE: Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland, Fassung 20.08.2026 – Zellarchitekturen, Wirkungsgrade, Degradationsraten
- Datenblätter gängiger Hersteller, Stand September 2026 – Zellformate und Busbar-Zahlen