Die aktuelle Forschung an Tandem-Solarzellen, die Perowskit– und CIGS-Materialien kombinieren, hat einen neuen Meilenstein erreicht: ein zertifizierter Wirkungsgrad von 25,5 %, der bisher höchste zertifizierte Wert für diese Materialkombination bei Zellen von gut einem Quadratzentimeter. Dieser Fortschritt ist nicht nur ein technischer Erfolg, sondern auch ein bedeutender Beitrag zur Energiewende, da er die Effizienz von Photovoltaik-Systemen deutlich erhöht und damit die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduziert.
Rekord-Wirkungsgrad von 25,5 % – Fakten und Zertifizierung
Am 1. Juli 2026 meldeten das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und das Center for the Science of Materials Berlin (CSMB) der Humboldt-Universität einen Rekordwert von 25,5 % für eine CIGS-Perowskit-Tandem-Solarzelle. Die Zelle hat eine Fläche von 1,081 cm². Der Wert wurde laut Fachpresse von der European Solar Test Installation (ESTI) zertifiziert und ist in den „Solar cell efficiency tables“ (Version 68, Fachzeitschrift Joule) verzeichnet.
Das HZB nennt 24,6 % als bisherigen Rekord für diese Materialkombination und Zellgröße. Diesen Wert hatte das HZB im Februar 2025 selbst erreicht, zertifiziert vom Fraunhofer ISE. Im Mai 2026 hatte die Tokyo City University bereits 25,14 % auf 1 cm² gemeldet, bestätigt vom japanischen Forschungsinstitut AIST. Auch diesen Wert übertrifft die neue Zelle aus Berlin.
Zertifizierung durch die European Solar Test Installation (ESTI)
- Zertifizierter Wirkungsgrad: 25,5 % (veröffentlicht Juli 2026)
- Zellfläche: 1,081 cm²
- Verzeichnet in den „Solar cell efficiency tables“ (Version 68)
- Bisheriger HZB-Rekord: 24,6 % (Februar 2025)
Technologische Ansätze zur Effizienzsteigerung
Die Forscher setzten mehrere Maßnahmen ein, um die Effizienz der Tandem-Zelle zu steigern. Dabei wurden sowohl die Materialeigenschaften als auch verschiedene Zellarchitekturen getestet und optimiert.
Bandabstände und Zellarchitekturen
Für die Rekordzelle wurden CIGSe-Bottom-Cells mit unterschiedlichen Bandlücken von 1,05 eV und 1,10 eV eingesetzt. Zusätzlich wurden zwei verschiedene Dicken von aluminium-dotiertem Zink-Oxid (Al-doped ZnO) verwendet, um die Lichtabsorption und den Ladungsträgertransport zu verbessern.
Optimierung von Ladungsträgertransport und Grenzflächen
Zur Reduktion von Rekombinationsverlusten an den Grenzflächen wurden verschiedene Kombinationen von Nickel-Oxid (NiOx) und selbstassemblierenden Monoschichten (SAMs) als Hole-Transport-Layer (HTL) getestet. Der elektronenselektive Kontakt wurde durch ein kontrolliertes thermisches Verdampfen von Buckminsterfulleren (C60) auf einer ultradünnen (1 nm) Lithium-Fluorid-Passivierungsschicht verfeinert.
Die Kombination dieser Maßnahmen ermöglichte nicht nur den Rekord-Wirkungsgrad von 25,5 %. Mit demselben Schichtaufbau fertigten HTW Berlin und HZB im EU-Projekt SOLMATES auch ein Mini-Modul mit einer Fläche von 2,25 cm² und rund 19,7 % Wirkungsgrad.
Theoretisches Potenzial und Zukunftsaussichten
Rutger Schlatmann, Sprecher des Fachbereichs Solarenergie am HZB, hielt schon beim Rekord von Februar 2025 Wirkungsgrade von über 30 % für Perowskit-CIGS-Tandemzellen für wahrscheinlich erreichbar. Diese Zielmarke zeigt das Potenzial der Technologie für die Energiewende.
- Zielmarke laut HZB: über 30 % Wirkungsgrad
- In internen, nicht zertifizierten Tests ähnlicher Zellarchitekturen erreichte das Team bereits bis zu 27,5 %
HZB-Forscher Guillermo Farias Basulto bezeichnet den Rekordwert von 25,5 % deshalb als Zwischenergebnis.
EU-Förderung und das SOLMATES-Projekt
Das SOLMATES-Projekt ist ein EU-gefördertes Vorhaben, das die Integration von CIGS- und Perowskit-Technologien vorantreibt. Diese finanzielle Unterstützung ist ein entscheidender Faktor für die Forschung, Entwicklung und spätere Kommerzialisierung neuer Solarzellentechnologien.
- Projektziel: Innovation und Markteinführung von Hoch-Effizienz-Tandem-Solarzellen
- Unterstützung von Forschungseinrichtungen wie HZB und Universitäten
Marktherausforderungen und Skalierung
Trotz der beeindruckenden Effizienzwerte stehen die neuen Tandem-Zellen vor erheblichen Marktherausforderungen. Die Skalierung der Produktionsmethoden ist mit hohen Kosten verbunden, was die breite Verbreitung der Technologie bremsen könnte. Die Branche beobachtet genau, wie sich die Effizienzsteigerungen auf die Kostenstruktur auswirken und ob sich die Technologien wirtschaftlich in der Massenproduktion etablieren lassen.
- Herausforderung: Hohe Produktionskosten bei der Skalierung
- Risiko: Verzögerte Marktpenetration trotz technischer Vorteile
Was sind die Vorteile von Tandem-Solarzellen?
Tandem-Solarzellen kombinieren zwei Halbleitermaterialien mit unterschiedlichen Bandlücken. So nutzen sie das Sonnenlicht besser aus und erreichen höhere Wirkungsgrade als herkömmliche Solarzellen aus nur einem Material.
Fazit
Der zertifizierte Wirkungsgrad von 25,5 % für die Perowskit-CIGS-Tandem-Solarzelle markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Photovoltaik-Forschung. Durch gezielte Materialoptimierung, innovative Zellarchitekturen und EU-Förderung rückt die vom HZB für möglich gehaltene Marke von über 30 % Wirkungsgrad näher. Gleichzeitig zeigen die aktuellen Marktherausforderungen, dass neben technischer Exzellenz auch wirtschaftliche Faktoren entscheidend für die breite Einführung sind. Die Kombination aus wissenschaftlichem Fortschritt und politischer Unterstützung legt jedoch ein solides Fundament für die zukünftige Energieproduktion aus hoch effizienten Solarzellen.
