Das Phänomen LID ist bei monokristallinen Solarmodulen seit den 1970er Jahren bekannt und ausführlich erforscht. Technisch gilt es als gelöst. Standardmodule können zwar rund 0,5 Prozent lichtinduzierte Degradation aufweisen - mehr sollte es aber nicht sein. Diesen Leistungsverlust haben die Hersteller bei der Angabe der Nennleistung zu berücksichtigen.

Bei welchen Modulen kann eine höhere lichtinduzierte Degradation auftreten?

Eine lichtinduzierte Degradation (LID) von mehr als einem Prozent können monokristalline Module aus p-Typ-Silizium aufweisen. Bei p-Typ-Silizium (das p steht für positiv) werden zuerst Fremdatome mit einem Außenelektron weniger als Silizium ins Kristallgitter eingebracht, so dass ein Überschuss an positiven Elektronenlöchern entsteht. Lange Zeit war dieses Fremdatom überwiegend Borv(B-LID).

Source: Fraunhofer CSP - Electroluminescence images of Mono-6 M2 before and after the LeTID test.

Was passiert bei B-LID?

Bei der lichtinduzierten Degradation verringert sich die Leistung eines monokristallinen Moduls in den ersten Stunden, in denen es Licht ausgesetzt ist, unwiderruflich. Das liegt vor allem an sogenannten Bor-Sauerstoff-Komplexen, die sich im Siliziumgitter bilden. Sauerstoff lagert sich in geringfügigen Mengen beim Ziehen der Ingots im Silizium an. Mit dem in der Waferfertigung eingebrachten Bor (bei p-Typ-Silizium) kann sich der Sauerstoff zu einem Komplex verbinden. Dieser bildet ein eigenes Energieniveau aus und fängt Ladungsträger ein, die für die Stromproduktion verloren gehen. Die Folge: Der Wirkungsgrad eines Moduls sinkt. 

Auch Metalle wie Eisen, die im Siliziumgitter vorhanden sind, können sich mit Bor verbinden und verursachen LID, aber weniger stark als Bor-Sauerstoff-Komplexe.

Wie lässt sich eine höhere lichtinduzierte Degradation in der Produktion vermeiden?

Es gibt zwei Möglichkeiten, die lichtinduzierte Degradation zu vermeiden oder auf ein Minimum zu reduzieren. Gar nicht tritt das Phänomen B-LID bei Solarzellen aus n-Typ-Silizium auf. Dazu werden die Wafer zuerst mit einem Element dotiert, das ein Außenelektron mehr als Silizium hat. In der Regel ist das Phosphor. Bei der Nutzung von p-Typ-Silizium wird ein anderes Element als Bor ins Silizium eingebracht. Bewährt hat sich Gallium - die lichtinduzierte Degradation ist dann deutlich geringer. Standardmäßig enthalten p-Typ-Solarzellen heute Gallium anstelle von Bor.

Wie stark kann die Modulleistung durch LID sinken?

Als der erste Photovoltaikboom in Deutschland ab 2005 einsetzte, waren die Effekte durch LID am stärksten zu sehen: Es wurde Solarsilizium eingekauft, was verfügbar war - auch mit geringerer Qualität. Enthält das Ausgangsmaterial einen hohen Anteil Sauerstoff, kann die lichtinduzierte Degradation von monokristallinen p-Typ-Zellen bei drei bis sieben Prozent liegen. Diese Etappe ist inzwischen lange vergangen. Aber: Auch bei gutem Solarsilizium verringert sich die Leistung noch um rund zwei Prozent durch LID, wenn p-Typ-Solarzellen mit Bor dotiert sind. Können sich keine oder kaum Bor-Sauerstoff-Komplexe bilden, liegt die Degradation durch andere Effekte noch bei etwa 0,5 Prozent. Die jeweilige Verringerung der Leistung sollte ein Hersteller bei der Ausweisung der Nennleistung auf dem Typenschild berücksichtigen - das schreibt die DIN EN 50380 vor. Das bedeutet: Die Nennleistung, die auf dem Typenschild steht, sollte ein Modul nach den ersten Tagen unter freiem Himmel noch haben.

Source: Fraunhofer CSP - STC power drop during the LeTID test.

Wie ist LID bei installierten PV-Anlagen zu erkennen?

Zeigt eine kürzlich installierte Anlage eher niedrige Erträge, sollte sie überprüft werden. Liegt  LID vor, zeigt sich dieses in ersten Schritt durch einen Leistungsabfall der PV-Anlage. Auch sind betroffene Solarzellen dunkler als leistungsstarke. Es zeigt sich eine Art Schachbrettmuster. Eine visuelle Kontrolle sowie eine Leistungsmessung vor Ort kann hier im ersten Schritt weiterhelfen. LID zeigt sich aber auch in Elektrolumineszenz-Aufnahmen.

Autorin: Ines Rutschmann

Tipp bei Verdacht auf LID:

Elektrolumineszenz-Aufnahmen von Modulen können Sie im Testcenter von SecondSol durchgeführen lassen. Passende Ersatzmodule finden Sie auf dem Onlinemarktplatz von SecondSol.