Die Entwicklung hocheffizienter Solarzellen ist ein zentraler Baustein, um die Kosten für erneuerbare Energien zu senken und nachhaltige Technologien zu fördern. Ein aktueller Durchbruch kommt von einer chinesischen Forschungsgruppe, die eine neue, peak-selective Passivierungsstrategie (PSP) für Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen vorgestellt hat. Die Methode ermöglicht nicht nur eine Effizienz von 33,33 % unter Standardbedingungen, sondern beweist auch eine bemerkenswerte Stabilität über 1.000 Stunden Betrieb.
Neue Passivierungsstrategie – Peak-Selective Passivation (PSP)
Die PSP-Methode nutzt Aluminium-Oxid-Nanocoating (Al₂O₃) in Kombination mit Polystyrol-Nanokugeln als sacrificialen Template. Dabei wird das Al₂O₃ gezielt auf die Apex-Regionen der submikron-großen Pyramidenstrukturen von kristallinem Silizium aufgebracht. Diese lokalisierte Beschichtung isoliert und passiviert die hochkrümmenden Pyramidenspitzen, reduziert lokale elektrische Feldkonzentrationen und verhindert elektrische Leckpfade, die sonst die Tandemzellenleistung begrenzen würden.
- Kompatibel mit bestehenden Silizium-Bottom-Cell-Produktionslinien – keine Änderungen am Fertigungsprozess nötig.
- Selbst-ausgerichtete Templating-Technik nutzt die natürliche Pyramidenmorphologie und verzichtet auf komplexe Lithografie- oder Belichtungswerkzeuge.
- Al₂O₃ interagiert schwach mit den Self-Assembled Monolayers (SAMs), sodass die Oberfläche für das nachfolgende Perowskit-Wachstum frei bleibt.
Durch die verbesserte Perowskit-Kristallisation entsteht eine pinhole-freie, konforme Schicht, die den Ladungstransport über die Schnittstelle optimiert und nicht-strahlungsbedingte Rekombinationsverluste stark reduziert.
Erreichte Effizienz und Stabilität
Die in einer 1 cm²-Zelle gemessenen Kennzahlen belegen das Potenzial der PSP-Strategie:
- Maximale Effizienz: 33,33 % (gemessen unter Standard-Illumination).
- Zertifizierte Effizienz: 32,89 % (Quelle: Matter, 2026).
- Effizienzverlust nach 1.000 Stunden: 10 % (die Zelle behält 90 % ihrer Anfangseffizienz).
Diese Werte unterstreichen, dass die neue Passivierung sowohl die Leistungsfähigkeit als auch die Langzeitstabilität signifikant verbessert.
Vergleich mit herkömmlichen Tandemsolarzellen
Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen besitzen das Potenzial, die Effizienz herkömmlicher Siliziumzellen deutlich zu übertreffen. Der Laborrekord für Perowskit-Silizium-Tandemzellen liegt bei 35,5 % (LONGi, Juli 2026), neue Siliziummodule aus laufender Produktion erreichen knapp 23 %. Die PSP-Zelle liegt mit 33,33 % (zertifiziert 32,89 %) im Spitzenfeld der Laborergebnisse, aber unter dem Rekord.
- Laborrekord Perowskit-Silizium-Tandem: 35,5 % (LONGi, Juli 2026)
- PSP-Zelle: 33,33 %, zertifiziert 32,89 %
- Neue Siliziummodule aus laufender Produktion: knapp 23 % (Fraunhofer ISE)
Langfristige Lebensdauer und Marktpotenzial
Die kommerzielle Nutzbarkeit von Solarzellen hängt stark von ihrer Lebensdauer ab. Ein Test über 1.000 Stunden ist dafür ein erster Hinweis; belastbare Aussagen über eine Lebensdauer von 25 Jahren und mehr erfordern deutlich längere Prüfungen. Die Langlebigkeit ist besonders relevant für die Wirtschaftlichkeit von Investitionen in erneuerbare Energien und unterstützt die breite Akzeptanz neuer Technologien.
- Stabile Leistung über 1.000 Stunden Betrieb – 90 % der Anfangseffizienz bleiben erhalten.
- Kompatibilität mit bestehenden Produktionslinien reduziert zusätzliche Kosten für die Markteinführung.
Risiken und kommerzielle Verfügbarkeit
Obwohl die Ergebnisse vielversprechend sind, befindet sich die Technologie noch nicht in der kommerziellen Phase. Die Übergangsphase von Forschung zu industrieller Anwendung birgt Risiken, insbesondere hinsichtlich der Skalierbarkeit der Produktion und der Integration in bestehende Fertigungsprozesse.
- Technologie ist derzeit nicht kommerziell verfügbar.
- Risiko besteht in der Skalierung von Labor- zu Produktionsgrößen.
- Weitere Validierungen und Zertifizierungen sind erforderlich, bevor die Zellen breit eingesetzt werden können.
Was sind die Vorteile von Tandemsolarzellen?
Tandemsolarzellen kombinieren Materialien mit unterschiedlichen Bandlücken, was zu einer höheren Gesamteffizienz führt.
Fazit
Die peak-selective Passivierungsstrategie für Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen demonstriert, dass erhebliche Fortschritte in Effizienz und Stabilität möglich sind, ohne die bestehenden Silizium-Produktionslinien zu verändern. Mit einer erreichten Effizienz von 33,33 % und einer Stabilität von 90 % nach 1.000 Stunden Betrieb rücken die neuen Zellen an den aktuellen Tandem-Rekord von 35,5 % heran. Trotz noch bestehender Risiken hinsichtlich der kommerziellen Verfügbarkeit markieren diese Ergebnisse einen wichtigen Schritt hin zu kostengünstigeren und langlebigeren Solarmodulen, die die Energiewende weiter vorantreiben können.
