Die Kombination von Perowskit– und CIGS-Technologie in Tandemsolarzellen verspricht eine deutliche Erhöhung der Energieumwandlungseffizienz. Ein aktueller Rekord von 25,5 % – zertifiziert durch die European Solar Test Installation (ESTI) – zeigt, dass diese Entwicklung die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit der Solarenergie signifikant verbessern kann.
Seiteninhalte
Rekordhafte Energieumwandlungseffizienz von 25,5 %
Im Juli 2026 berichteten deutsche Forscher des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) und der Humboldt-Universität von einem neuen Rekordwert von 25,5 % für eine CIGS-Perowskit-Tandemsolarzelle. Dieser Wert wurde von der ESTI zertifiziert und in den Solar Cell Efficiency Tables der University of New South Wales (Quelle S1) verzeichnet. Der vorherige Rekord lag bei 24,6 % – ebenfalls im Rahmen des EU-finanzierten SOLMATES-Projekts.
- Rekord-Effizienz: 25,5 % (2023, zertifiziert durch ESTI, Quelle S1)
- Vorheriger Rekord: 24,6 % (2023, Quelle S1)
- Mini-Modul-Effizienz: 19,7 % (2023, Quelle S1)
Methoden und Materialoptimierung
Die Forscher setzten mehrere technische Ansätze ein, um die Effizienz zu steigern:
- Verwendung von CIGSe-Bottom-Cells mit unterschiedlichen Bandlücken von 1,05 eV und 1,10 eV.
- Unterschiedliche Schichtdicken von aluminium-dotiertem Zinkoxid (AZO) zur Optimierung der Lichtabsorption.
- Test verschiedener Zellarchitekturen, um die optimale Kombination zu finden.
- Screening von Nickel-Oxid (NiOx) und selbstorganisierenden Monoschichten (SAMs) als Hole-Transport-Layer.
- Verfeinerung des Elektron-selektiven Kontakts durch kontrollierte thermische Verdampfung von Buckminsterfullerene (C60) auf einer ultradünnen 1 nm Lithium-Fluorid-Passivierungsschicht.
Der Rekordzelle wurde ein kleiner aktive Bereich von 1,081 cm² zugeordnet, während ein Mini-Modul mit einer Fläche von 2,25 cm² eine Effizienz von etwa 19,7 % erreichte.
Leistung von Mini-Modulen und Potenzial für zukünftige Effizienzsteigerungen
Die Mini-Module, die das gleiche Material-Stack-Design wie die Rekordzelle verwenden, erzielten bereits 19,7 % Effizienz. Darüber hinaus zeigen aktuelle Studien, dass Tandemsolarzellen mit Perowskit- und CIGS-Technologie das Potenzial haben, bis 2023 Effizienzen von bis zu 30 % zu erreichen. Diese Prognose beruht auf den derzeitigen Fortschritten in Forschung und Entwicklung.
- Prognostizierte Maximal-Effizienz: 30 % (Jahr 2023, basierend auf aktuellen Entwicklungen, Quelle S1)
- In-House-Tests des Forschungsteams haben bereits 27,5 % Effizienz erreicht, was den Rekord von 25,5 % als „Stepping Stone“ bezeichnet.
Wirtschaftliche und marktbezogene Aspekte
Obwohl die Effizienzsteigerungen vielversprechend sind, gibt es auch Gegenstimmen, die auf mögliche höhere Produktionskosten hinweisen. Diese Kosten könnten die Marktdurchdringung und Akzeptanz der Technologie verlangsamen.
- Risiko: Höhere Produktionskosten durch neue Materialien und komplexere Fertigungsprozesse.
- Relevanz: Kostensteigerungen könnten die breite Akzeptanz und Marktdurchdringung verzögern.
Häufig gestellte Fragen zu Tandemsolarzellen
- Was sind die Vorteile von Tandemsolarzellen? Tandemsolarzellen bieten höhere Effizienzen und eine bessere Nutzung des Sonnenlichts im Vergleich zu traditionellen Solarmodulen.
Ausblick: Forschungsperspektiven und zukünftige Entwicklungen
Aktuelle Forschungen zeigen, dass Tandemsolarzellen, insbesondere die Kombination von Perowskit und CIGS, in den nächsten Jahren Effizienzen von bis zu 30 % erreichen könnten (Quelle: University of New South Wales, 2023). Diese Entwicklung könnte die Wettbewerbsfähigkeit der Solarenergie im Energiemarkt signifikant erhöhen.
Ein möglicher Nachteil bleibt jedoch das Risiko höherer Produktionskosten, die die breite Akzeptanz und Marktdurchdringung beeinträchtigen könnten. Dennoch bleibt das Potenzial für verbesserte Effizienz und Stabilität von großer Bedeutung für die zukünftige Nutzung.
Verbesserte Technologien in der Verarbeitung und Materialauswahl, wie die Verwendung von nickelbasiertem Oxid als Transportmaterial, könnten ebenfalls zur Leistungsverbesserung von Solarmodulen beitragen und stellen ein spannendes Forschungsfeld dar.
Fazit
Die jüngsten Rekordergebnisse von 25,5 % Effizienz für CIGS-Perowskit-Tandemsolarzellen markieren einen wichtigen Meilenstein in der Photovoltaikforschung. Durch die gezielte Optimierung von Bandlücken, Schichtdicken und Zellarchitekturen konnten signifikante Fortschritte erzielt werden. Während das Potenzial von bis zu 30 % Effizienz die langfristige Wettbewerbsfähigkeit gegenüber Silizium-Solarzellen unterstreicht, müssen zukünftige Anstrengungen auch die Produktionskosten im Blick behalten, um eine breite Marktdurchdringung zu ermöglichen. Die Kombination aus technologischem Fortschritt und wirtschaftlicher Machbarkeit wird entscheidend dafür sein, dass Tandemsolarzellen einen wesentlichen Beitrag zur nachhaltigen Energiezukunft leisten können.
