Ein neuer Meilenstein in der Tandemsolarzellenforschung wurde 2026 von einem internationalen Team aus KAUST, TU Delft und der LMU München erzielt: Durch gezielte Nanoroughness-Engineering am Rekombinations-Junction-Layer wurde eine Spitzen-Effizienz von 32,6 % in monolithischen Perowskit-Silizium-Tandems erreicht. Dieser Befund verdeutlicht nicht nur die rasante Effizienzsteigerung der letzten 18 Monate, sondern auch, wie physikalische Struktur-Optimierung als ergänzender Ansatz zu Material- und Passivierungsstrategien die Fertigungsreife von Hochleistungssolarzellen erhöhen kann.
Seiteninhalte
- Nanoroughness-Engineering: Ein neuer Designparameter
- Aktuelle Effizienzrekorde und die Wettbewerbslandschaft
- Stabilität als kritisches Hindernis
- Kommerzialisierung und Fertigungsreife
- Zukünftige technologische Wege: Multi-Junction und Konzentrator
- Ausblick: Wann können Perowskit-Silizium-Tandems den Markt dominieren?
- Fazit
Nanoroughness-Engineering: Ein neuer Designparameter
Die Forscher konzentrierten sich auf die nanoskalige Oberflächenrauheit der Silizium-Heterojunction (SHJ)-Unterzelle. Durch zwei Hauptmaßnahmen – Variation der Dicke von n-typ (n)-hydrogeniertem nanokristallinem Silizium ((n)nc-Si:H) und ein 30-Sekunden-Plasma-Treatment mit einem H₂/CO₂-Gasgemisch – wurde die Nanoroughness gezielt angepasst. Die wichtigsten Ergebnisse:
- Verbesserte Leitfähigkeit und Kristallinität der (n)nc-Si:H-Schichten.
- Erhöhte Oberflächenrauheit fördert ein besseres Anheften von Self-Assembled Monolayers (SAM) und verschiebt die Arbeitsfunktion, was die ITO/HTL/Perowskit-Schnittstelle optimiert.
- Höhere Füllfaktoren dominierten die Effizienzsteigerung, was zu einer Rekord-Effizienz von 32,6 % führte.
- Der Ansatz erfordert keine neuen Materialien und lässt sich in bestehende Silizium-Heterojunction-Produktionslinien integrieren, wodurch Skalierbarkeit und Fertigungsfreundlichkeit gewährleistet sind.
Aktuelle Effizienzrekorde und die Wettbewerbslandschaft
Der 32,6-Prozent-Erfolg steht im Kontext einer Reihe von Rekorden, die in den letzten 18 Monate veröffentlicht wurden:
- LONGi (Nov 2025): Zertifizierte 33,4 % Effizienz bei einem flexiblen Perowskit-Silizium-Tandem, bestätigt von NREL; Silizium-Schichtdicke 60 µm.
- Chinesische Forscher (Jan 2026): 31,13 % Effizienz mittels 2-D-Seeding-Agent-Ansatz; stabilisierte Ausgangsleistung 30,81 %.
- All-Perowskit-Tandem (2026): Stabilisierte 28,01 % Effizienz, ebenfalls mit 2-D-Seeding-Agent-Top-Cell.
- Einzelzelle mit 1,80 eV breitem Bandgap (2026): 20,14 % Effizienz, demonstriert die Material-Vielseitigkeit des Seeding-Agent-Ansatzes.
Diese parallel laufenden Optimierungsstrategien – Materialinnovation, Interface-Passivierung und physikalische Struktur-Kontrolle – zeigen, dass die Effizienzsteigerung nicht von einem einzigen Ansatz abhängt, sondern von einer kombinierten Weiterentwicklung aller drei Vektoren.
Stabilität als kritisches Hindernis
Effizienz allein reicht nicht für die Marktreife. Im Januar 2026 berichteten chinesische Forscher, dass unverkapselte Perowskit-Silizium-Tandems nach 300 Stunden Licht-Soaking noch 80 % ihrer Anfangsleistung behielten – ein Fortschritt gegenüber Kontrollgeräten, die unter 80 % fielen, jedoch deutlich hinter den 90-95 % Rückhaltewerten von etablierten Silizium-Heterojunction-Zellen liegen. Diese Daten verdeutlichen, dass die langfristige Haltbarkeit, insbesondere für Nutzungsdauern von 25-30 Jahren im Utility-Scale, noch erheblich verbessert werden muss.
Kommerzialisierung und Fertigungsreife
Der Sprung von Laborrekorden zur industriellen Produktion ist bereits in Ansätzen sichtbar:
- Oxford PV lieferte 2024 100 kW Perowskit-Silizium-Tandemzellen an einen US-Versorger – der erste kommerzielle Einsatz dieser Technologie.
- Die Nanoroughness-Methode vermeidet neue Materialien und komplexe Prozessschritte, was sie zu einer sofort umsetzbaren Ergänzung bestehender Silizium-Heterojunction-Fertigungslinien macht.
- Durch die Kompatibilität mit etablierten Produktionsprozessen kann die Skalierung schneller erfolgen, sofern Stabilitäts- und Modul-Level-Validierungen erfolgreich abgeschlossen werden.
Aktuelle Schätzungen deuten darauf hin, dass eine bedeutende Marktdurchdringung erst ab 2028-2030 zu erwarten ist, wobei Kostenreduktion, Zertifizierung der Langzeitstabilität und die Reifung der Lieferkette entscheidende Faktoren bleiben.
Zukünftige technologische Wege: Multi-Junction und Konzentrator
Da Perowskit-Silizium-Tandems ihr architektonisches Effizienz-Limit von etwa 33-34 % unter Standardbedingungen fast erreicht haben, rücken weiterführende Konzepte in den Fokus:
- Das Fraunhofer-Projekt „50 Percent“ strebt mit Multi-Junction-Zellen und konzentrierenden FLATCON®-Modulen eine Effizienz von 50 % an.
- Der aktuelle Rekord für konzentrierte Multi-Junction-Zellen liegt bei 46 % (2014, Fraunhofer/SOITEC/CEA).
- Antimon-Chalcogenid (Sb₂(S,Se)₃) erzielte 2026 eine zertifizierte Effizienz von 10,7 % (CSIRO/UNSW) mit einem Ziel von 12 % – ein potenzielles Kandidatenmaterial für zukünftige Triple-Junction-Stacks.
Diese Entwicklungen verdeutlichen, dass weitere signifikante Effizienzgewinne über die Perowskit-Silizium-Architektur hinaus nur durch zusätzliche Bandgap-Stufen oder konzentrierende Systeme realisierbar sind.
Ausblick: Wann können Perowskit-Silizium-Tandems den Markt dominieren?
Der aktuelle Fortschritt beim Nanoroughness-Engineering liefert einen klaren Pfad zu sofortigen, skalierbaren Effizienzgewinnen, während parallel an Stabilitäts- und Modul-Optimierungen gearbeitet wird. Kombiniert man diese kurzfristigen Verbesserungen mit den langfristigen Perspektiven von Multi-Junction- und Konzentrator-Technologien, ergeben sich folgende Schlüsselfaktoren für die Marktdominanz:
- Nachweis der Langzeit-Stabilität (≥ 90 % Rückhalt nach 300 h, idealerweise über Jahre).
- Modul-Level-Zertifizierung und Skalierung der Produktionskapazität über das aktuelle 100 kW-Pilotmaß hinaus.
- Integration von Nanoroughness-Optimierung in bestehende Heterojunction-Fertigungslinien ohne zusätzliche Materialkosten.
- Entwicklung von Triple-Junction-Stacks oder konzentrierenden Systemen, um die 33-34 %-Grenze zu überschreiten.
Unter der Annahme, dass diese Meilensteine erreicht werden, könnten Perowskit-Silizium-Tandems ab 2028-2030 eine signifikante Marktpräsenz erreichen, wobei die nächsten Jahre entscheidend für die Überbrückung von Labor- zu Produktions- und Einsatzbedingungen sind.
Fazit
Die 32,6 %-Effizienz, die durch Nanoroughness-Engineering am Rekombinations-Junction erzielt wurde, markiert einen wichtigen Schritt von der reinen Effizienzoptimierung hin zu einer fertigungstauglichen Lösung. Gleichzeitig zeigen die jüngsten Rekorde von LONGi (33,4 %) und chinesischen Teams (31,13 %) ein intensives, vielschichtiges Wettkampfumfeld, in dem Material-, Interface- und Struktur-Innovationen Hand in Hand gehen. Stabilität bleibt jedoch die größte Hürde für die kommerzielle Skalierung, und die theoretische Grenze von ~33-34 % für Perowskit-Silizium-Tandems macht deutlich, dass zukünftige Durchbrüche wahrscheinlich in Multi-Junction- oder Konzentrator-Architekturen liegen werden. Die Kombination aus sofort umsetzbarer Nanoroughness-Optimierung, fortschreitender Stabilitätsforschung und langfristigen Multi-Junction-Zielen legt den Grundstein dafür, dass Perowskit-Silizium-Tandems in den kommenden Jahren von Labor-Kuriositäten zu einer wettbewerbsfähigen Technologie im globalen Solarmarkt werden können.
