Perowskit-Solarzellen: Neue Technologie soll Photovoltaik revolutionieren

Auf deutschen Dächern boomt die Photovoltaik. Immer mehr Eigenheimbesitzer setzen auf Solaranlagen, um Stromkosten zu senken und sich energetisch unabhängiger aufzustellen. „Die Nachfrage nach Photovoltaikanlagen ist gerade nochmal enorm gestiegen. Was natürlich auch mit den steigenden Energiekosten zusammenhängt", erklärt Holger Nicolaus, Geschäftsführer des saarländischen Elektrofachbetriebs Elektro Udo Schmidt.

Das Herzstück heutiger Solarmodule ist Silizium – ein bewährtes Material, das seit Jahrzehnten kontinuierlich verbessert wurde. „In den vergangenen 20 Jahren hat sich die Leistung der Siliziummodule quasi verdoppelt", so Nicolaus. Doch die Technologie nähert sich ihren physikalischen Grenzen: Aktuelle Silizium-Solarzellen erreichen einen Wirkungsgrad von rund 22 Prozent. Das theoretische Maximum liegt bei knapp 29 Prozent – und dieser Wert ist kaum zu übertreffen.

Fraunhofer ISE forscht an der nächsten Solargeneration

Genau hier setzt das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) an. Rund 50 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiten im neu eingerichteten Reinraum-Labor intensiv an einer vielversprechenden Lösung: der Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle. Das Bundesenergieministerium förderte das Labor mit rund 17 Millionen Euro – ein klares Signal für die strategische Bedeutung dieser Technologie.

Perowskit ist ein Material mit einer besonderen Kristallstruktur. Es absorbiert Licht deutlich effizienter als Silizium, wandelt es besonders gut in elektrischen Strom um und lässt sich vergleichsweise einfach industriell herstellen. Die entscheidende Eigenschaft: Die Perowskit-Schicht ist hauchdünn – gerade einmal ein Hundertstel eines menschlichen Haares.

Das Konzept der Tandemsolarzelle kombiniert beide Materialien. Die Perowskit-Schicht wird dabei auf das Silizium aufgebracht – quasi „huckepack". Jede Schicht ist auf einen anderen Teil des Lichtspektrums spezialisiert, wodurch deutlich mehr Sonnenenergie genutzt werden kann. „Die Kombination aus Perowskit und der erwachsenen Silizium-Technologie kann wirklich ein evolutionärer Schritt sein, um die Grenzen von 29 Prozent Wirkungsgrad zu überwinden", sagt Martin Hermle, Leiter des Forschungsprogramms Perowskit-Silizium-Photovoltaik am Fraunhofer ISE. Theoretisch sind damit bis zu 43 Prozent Wirkungsgrad möglich – Hermle erwartet, dass die Stromerzeugung so um mindestens die Hälfte gesteigert werden kann.

Oxford PV: Vom Labor in die Serienproduktion

Ein Unternehmen, das diese Technologie bereits in die Praxis überführt, ist Oxford PV – eine Ausgründung der britischen Universität Oxford mit Produktionsstandort in Brandenburg an der Havel. Seit zehn Jahren arbeitet das Unternehmen an der industriellen Fertigung von Perowskit-Modulen. Aktuell erreichen die Tandemmodule einen Wirkungsgrad von 25 Prozent – etwas mehr als reine Siliziummodule – bei einer Lebensdauer von zehn Jahren.

Das erklärte Ziel: Bis 2030 soll der Wirkungsgrad auf 30 Prozent steigen, bei einer Modullebensdauer von 20 Jahren. „Ich glaube absolut, dass es eine Frage des Wanns und nicht des Obs ist", sagt Oxford-PV-Vorstandsvorsitzender David Ward. Zwar seien die Tandemmodule derzeit noch etwas teurer als reine Siliziummodule – „aber sie erzeugen auf derselben Fläche eben auch mehr Strom", so Ward.

Die größte technische Hürde bleibt die Langlebigkeit. „Niemand, der eine Solarzelle auf dem Dach hat, möchte alle fünf Jahre ein Gerüst aufbauen und das Modul austauschen, sondern es soll mindestens zwei Jahrzehnte funktionieren", betont Hermle. Derzeit liegen die Haltbarkeitswerte bei fünf bis sechs Jahren, in Einzelfällen auch bei zehn Jahren. Laut Fraunhofer ISE könnten Tandemzellen in den nächsten zwei bis drei Jahren serienreif für den Massenmarkt sein.

Chance für Europa: Weniger Abhängigkeit von China

Für Privatanleger und Marktbeobachter ist ein weiterer Aspekt besonders relevant: die geopolitische Dimension. Derzeit stammen mehr als 90 Prozent der in Deutschland importierten Silizium-PV-Module aus China – eine enorme Abhängigkeit, die politisch zunehmend kritisch gesehen wird.

Perowskit-Technologie könnte hier eine Wende einleiten. In der Forschung sieht Hermle Deutschland und Europa bereits an der Weltspitze. Hinzu kommt ein weiterer Standortvorteil: exzellente Anlagen- und Maschinenbauer, die die Produktionskosten senken könnten. Für Oxford PV spielt die Politik dabei eine entscheidende Rolle – sie müsse die Rahmenbedingungen schaffen, um eine Fertigung in Europa aufzubauen.

Die Einsatzmöglichkeiten der leichten und effizienten Perowskit-Module gehen zudem weit über klassische Dachanlagen hinaus. Denkbar sind künftig Installationen an Gebäudefassaden sowie auf Autodächern und Lastwagen – Anwendungsfelder, die mit herkömmlicher Siliziumtechnologie kaum wirtschaftlich erschlossen werden können.