STUTTGART / LONDON (IT BOLTWISE) – Neue Tandem-Solarzellen aus Perowskit und Silizium sollen künftig mehr Strom aus derselben Fläche liefern. Forschende in Stuttgart zeigen erste Perowskit-Module, die bereits ins deutsche Netz einspeisen. Im Labor liegen Tandemzellen laut Angaben aus dem Projekt bei 35,5 Prozent Wirkungsgrad, Zielmarke sind etwa 40 Prozent. Entscheidend für die Marktreife ist aber vor allem die Lebensdauer, damit Betreiber ihre Module nicht im Fünf-Jahres-Takt ersetzen müssen.
Photovoltaik gilt längst als technische Basis für die Energiewende, doch der zentrale Hebel bleibt derselbe: Aus dem gleichen Sonnenlicht möglichst viel elektrische Leistung herauszuholen. Genau dort setzt die Forschung in Baden-Württemberg an. Während Silizium-Solarzellen seit Jahrzehnten standardmäßig eingesetzt werden, arbeiten Teams in Stuttgart und Freiburg daran, eine zusätzliche Schicht zu ergänzen. Das Prinzip ist simpel formuliert, aber anspruchsvoll umgesetzt: Perowskit fängt Lichtbereiche ein, die klassische Siliziumzellen weniger gut nutzen, wodurch sich der Gesamtwirkungsgrad steigern lässt.
Auf dem Dach des Instituts für Photovoltaik der Universität Stuttgart stehen bereits erste Perowskit-Solarmodule im Feldtest. Die Idee dahinter: Perowskit ist eine Dünnschichttechnologie, die sich auf vorhandene Zellstrukturen aufbringen lässt und deshalb relativ nah an die bestehende Fertigungslogik andocken kann. Institutsleiter Michael Saliba beschreibt die Schichten als „viel dünner als ein menschliches Haar“ und stellt damit die grundlegende Materialperspektive in den Vordergrund: Sehr dünn aufgetragen, aber so ausgelegt, dass trotzdem ein großer Teil des einfallenden Lichts in Strom umgewandelt wird. Gerade weil Perowskit auch Anteile des Spektrums adressiert, die herkömmliche Zellen kaum erfassen, entsteht der Mehrwert nicht durch „mehr Fläche“, sondern durch bessere Nutzung des Lichts.
Technisch betrachtet entsteht daraus eine Tandem-Solarzelle mit zwei Funktionsschichten: unten Silizium, oben Perowskit. Beide Schichten nutzen unterschiedliche Teile des Spektrums und arbeiten dadurch wie zwei abgestimmte „Filter“ für die Solarenergie. In der Praxis liegen übliche Silizium-Module bei etwa 25 Prozent Wirkungsgrad, also wird rund ein Viertel des Sonnenlichts zu Strom. Im Labor werden für Tandemstrukturen bereits 35,5 Prozent genannt; als nächste Zielgröße wird eine Marke um 40 Prozent genannt. Entscheidend ist dabei: Der Weg dorthin ist nicht nur eine Frage der Zelle, sondern auch der Prozesskette. Sobald die Leistung im Labor reproduzierbar bleibt und die Produktion skalierbar wird, entscheidet vor allem die Robustheit über den tatsächlichen Nutzen.
Damit Tandem-Module nicht zur kurzfristigen Austauschware werden, verlagert sich der Fokus bei der Markteinführung stark auf die Lebensdauer. Am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) wird deshalb untersucht, wie sich Perowskit-Tandems in Serie produzieren lassen, ohne dass die Leistungsfähigkeit nach wenigen Jahren deutlich einbricht. Martin Hermle bringt diesen Punkt auf den Alltag von Anlagenbetreibern herunter: Wer ein Modul auf dem Dach hat, will nicht regelmäßig im Fünf-Jahres-Takt Gerüste aufbauen und Module tauschen. Für die ersten Produkte werden deshalb etwa zehn Jahre Haltbarkeit in Aussicht gestellt, parallel wird ein Wirkungsgrad-Ziel von rund 27 Prozent ab 2027 genannt. Um die Lebensdauer zu erhöhen, soll vor allem die Verkapselung verbessert werden: Dabei geht es darum, Wassermoleküle fernzuhalten, die zuvor eingeschlossen wurden und den Alterungsprozess beschleunigen können.
Historisch betrachtet ist die Dynamik bei Perowskiten auffällig: Bereits 2009 gelang in Japan der erste Laboraufbau für Perowskit-Solarzellen, und vor rund zehn Jahren stieg der Wirkungsgrad so stark, dass die Diskussion über Anwendungen im Feld konkreter wurde. Saliba betont in diesem Kontext den ungewöhnlich schnellen Fortschritt einer Technologie. Eine weitere Dimension ist die Flexibilität: Perowskit kann nicht nur als Teil einer Tandemstruktur eingesetzt werden, sondern auch als einzelne flexible Schicht. Das öffnet Einsatzfelder, bei denen starre Module weniger gut funktionieren, etwa gebogene Oberflächen an Fassaden oder Fahrzeugen. Für Anwendungen wie Lastkraftwagen auf dem Dach oder Solarfassaden an Gebäuden wäre die entscheidende Schnittstelle dann weniger „die perfekte Waferzelle“, sondern die Integration in unterschiedliche Geometrien und Montageprozesse.
Der Markt reagiert bereits, und zwar nicht nur in Europa. Laut den Projektangaben investiert China stark in die neue Technik, was den Wettbewerbsdruck erhöht. Trotzdem sehen die Beteiligten Chancen in Deutschland und Europa – insbesondere bei reinen Perowskit-Solarzellen, bei denen sich die Wertschöpfung stärker auf die vorhandene Technologiekompetenz stützen lässt. Genau hier wird die strategische Rolle Baden-Württembergs deutlich: Die Region verfügt über Maschinenhersteller und Know-how für Dünnschichtfertigung, und dieses Produktionswissen wird als „Gold wert“ beschrieben. Wenn Oxford PV ab 2027 in Deutschland größere Mengen produzieren will, hängt der Erfolg daran, wie gut die skalierten Prozesse die Laborwerte in die reale Wetter- und Lastumgebung übersetzen.
Für Unternehmen, die PV-Implementierung planen oder Zulieferketten für die nächste Anlagen-Generation aufbauen, verschiebt sich damit die Priorität von der reinen Leistungszahl hin zur Systemfähigkeit. Ein höherer Wirkungsgrad ist zwar ein starkes Marketingargument, in der Praxis zählt aber die Kombination aus Energieertrag, Degradation über die Lebensdauer und Fertigungskosten. Tandem-Perowskitzellen liefern dafür einen konkreten Pfad: bessere Spektrumnutzung oben auf dem Silizium, plus der Versuch, Schwachstellen wie Wassereintrag durch bessere Verkapselung zu entschärfen. Wenn die nächsten Validierungsstufen zeigen, dass die angekündigte Haltbarkeit auch unter realen Bedingungen stabil bleibt, könnte Baden-Württemberg damit nicht nur Forschungsergebnisse liefern, sondern eine neue Ausbaustufe der Photovoltaik anstoßen.
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