Perowskit-Tandem: Wirkungsgradrekord 34,85 %

Der Solartechnik-Hersteller LONGi hat nach eigenen Angaben eine Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle mit einem Wirkungsgrad von 34,85 Prozent entwickelt. Das Ergebnis sei vom National Renewable Energy Laboratory (NREL), einer Forschungseinrichtung des US-Energieministeriums, zertifiziert worden, teilte das Unternehmen mit. Nach Angaben des Fachmagazins pv magazine handelt es sich um die erste zertifizierte Messung einer Tandemzelle oberhalb der sogenannten Shockley-Queisser-Grenze von 33,7 Prozent, die bislang als theoretisches Maximum einfacher Solarzellen mit nur einem pn-Übergang gilt.

LONGi hatte den bisherigen Rekord in dieser Zellkategorie selbst gehalten: Im September 2024 meldete der Konzern 34,6 Prozent für eine Zelle gleicher Bauart, im November 2023 waren es nach Unternehmensangaben 33,9 Prozent gewesen. Auf der Branchenmesse SNEC im Juni 2025 legte das Unternehmen zudem eine großflächige Tandemzelle mit 260,9 Quadratzentimetern und einem zertifizierten Wirkungsgrad von 33 Prozent vor. Beide Ergebnisse seien in die Solar Cell Efficiency Tables aufgenommen worden, eine seit 1993 im Fachjournal Progress in Photovoltaics veröffentlichte Übersicht unter Kuratorium des australischen Forschers Martin Green, die als Referenz für vergleichbare Wirkungsgradmessungen gilt.

Die Wirkungsgradmeldungen fallen in eine Phase, in der die Photovoltaik weltweit weiter stark ausgebaut wird und die verfügbare Fläche zunehmend zum begrenzenden Faktor wird. Ein höherer Wirkungsgrad bedeutet bei gleicher Dach- oder Freifläche mehr Stromertrag – oder umgekehrt weniger Fläche, weniger Gestellmaterial und weniger Verkabelung für dieselbe Leistung.

Zwei Schichten nutzen mehr vom Sonnenlicht

Der Unterschied zur herkömmlichen Silizium-Solarzelle liegt im Aufbau: Auf eine Silizium-Basiszelle wird eine obere Teilzelle aus Perowskit aufgebracht, einem Halbleitermaterial mit einer anderen Bandlücke. Während die Perowskit-Schicht vor allem den kurzwelligen, energiereichen Anteil des Sonnenlichts umwandelt, nutzt die Siliziumschicht den langwelligeren Rest des Spektrums. Durch diese Aufteilung gehen nach Darstellung von LONGi weniger Photonen ungenutzt verloren. Die theoretische Wirkungsgradgrenze dieser Zwei-Terminal-Tandemarchitektur beziffert der Hersteller auf 43 Prozent – deutlich oberhalb der Grenze einfacher Siliziumzellen.

Kommerzielle Siliziummodule liegen in der Praxis je nach Technologie etwa zwischen 21 und 24 Prozent. Labormuster reiner Siliziumzellen haben zwar bereits Werte um 27 Prozent erreicht, nähern sich damit aber ihrer physikalischen Obergrenze. Die Tandemtechnik gilt Forschenden deshalb als einer der wenigen verbliebenen Hebel, den Wirkungsgrad der Photovoltaik nochmals deutlich anzuheben, ohne die bewährte Silizium-Fertigung vollständig zu ersetzen. Gerade dieser Punkt macht die Technologie für die Industrie attraktiv: Bestehende Produktionslinien für Siliziumzellen könnten um den Perowskit-Prozessschritt ergänzt werden, statt vollständig neu gebaut werden zu müssen.

Die von LONGi beschriebene Zwei-Terminal-Bauweise gilt dabei als besonders integrationsfreundlich: Beide Teilzellen werden elektrisch in Reihe verschaltet, sodass die Tandemzelle wie eine herkömmliche Zelle zwei Anschlüsse hat und sich in bestehende Modulfertigungsprozesse einfügen lässt.

Deutsche Institute arbeiten an Zelle und Serienmodul

Auch deutsche Forschungseinrichtungen liefern Beiträge zur Tandemtechnik. Das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) hatte zuvor mit 32,5 Prozent einen Weltrekord für Perowskit-Silizium-Tandemzellen im Labormaßstab gemeldet. HZB-Wissenschaftler erklärten damals, der Wirkungsgrad bewege sich in Bereichen, die bislang nur mit deutlich aufwendigeren Halbleitern erreicht worden seien. Zuletzt stellte das Zentrum ein neuartiges Kontaktmaterial auf Carboran-Basis vor, das Fullerene in der Zelle ersetzt und den Wirkungsgrad von Tandemzellen nach Institutsangaben um bis zu 2,4 Prozentpunkte steigert.

Für den Weg in die Serie arbeiten das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) und das deutsch-britische Unternehmen Oxford PV zusammen. Beide Partner hatten bereits ein Tandem-Photovoltaikmodul im Vollformat mit einem Rekordwirkungsgrad von 25 Prozent vorgestellt. Das Fraunhofer ISE baut nach eigenen Angaben derzeit eine unabhängige Technologieplattform auf, mit der Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen und -module in Richtung industrieller Fertigung skaliert werden sollen. Oxford PV wirbt damit, dass seine Tandemmodule pro Fläche mehr als 20 Prozent mehr Leistung liefern als herkömmliche Module – ein Vorteil vor allem dort, wo die verfügbare Dach- oder Freifläche der begrenzende Faktor ist.

Oxford PV gilt als eines der ersten Unternehmen, das Tandemmodule in kommerziellen Stückzahlen ausliefert. Für den Standort Deutschland bedeutet die Entwicklung, dass ein Teil der Wertschöpfung der nächsten Solarmodul-Generation hier entstehen könnte – nachdem die Fertigung konventioneller Module weitgehend nach Asien abgewandert war.

Lebensdauer und Skalierung bleiben offene Fragen

Trotz der Rekordmeldungen ist die Technologie noch nicht im Breitenmarkt angekommen. Als zentrale Hürde nennen Fachleute die Langzeitstabilität: Perowskit-Materialien reagieren empfindlich auf Feuchtigkeit, Wärme und UV-Strahlung, weshalb die Verkapselung der Module eine Schlüsselrolle spielt. Laborzellen erreichen ihre Rekordwerte zudem auf Flächen von oft nur einem Quadratzentimeter – die Übertragung auf modultaugliche Flächen ohne nennenswerte Verluste gilt als aufwendig. Die von LONGi auf der SNEC gezeigte Großzelle mit 33 Prozent auf 260,9 Quadratzentimetern wird in der Branche deshalb als Hinweis gewertet, dass die Lücke zwischen Labor und Fertigung kleiner wird.

Auch der geringe Bleigehalt der Perowskit-Schicht wird regelmäßig diskutiert. Forschungseinrichtungen arbeiten nach eigenen Angaben sowohl an bleifreien Varianten als auch an Recyclingkonzepten für die Module. Beobachter weisen darauf hin, dass die tatsächliche Bedeutung der Rekorde erst an der Serienfertigung abzulesen sein wird: Entscheidend sei, ob Hersteller die Laborwerte in reproduzierbarer Qualität, zu wettbewerbsfähigen Kosten und mit Modulgarantien von 25 Jahren und mehr anbieten können. Bis dahin bleibt die Tandemzelle ein Technologiefeld, auf dem sich Laborrekorde und industrielle Umsetzung derzeit schrittweise annähern.

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