Die University of New South Wales (UNSW) startet ein groß angelegtes Feldtest-Programm, um die Langzeitstabilität von Perowskit– und Perowskit-Silizium-Tandemsolarmodulen unter realen australischen Witterungsbedingungen zu prüfen. Das Projekt ist Teil von ARENAs strategischer „30-30-30“-Initiative, die bis 2030 Modulwirkungsgrade von 30 % bei Installationskosten von 30 Cent pro Watt und Stromgestehungskosten unter 20 AUD / MWh ermöglichen will. Durch die Kombination von Labor-Wirkungsgrad-Rekorden und umfangreichen Freiland-Degradationsstudien soll ein entscheidender Beitrag zur wirtschaftlichen Bankfähigkeit von Perowskit-Technologien geleistet werden.
Hintergrund: Physikalisches Wirkungsgrad-Limit von Silizium und das Potenzial von Tandems
Das Auger-Rekombinationslimit begrenzt das theoretische Wirkungsgradmaximum kristalliner Siliziumzellen auf 29,4 % (Green/Jiang 2026). Moderne industrielle Siliziumzellen erreichen bereits über 27 % und nähern sich damit der physikalischen Grenze. Perowskit-Silizium-Tandemzellen nutzen das Sonnenspektrum breiter: Die Perowskit-Deckschicht wandelt energiereiches blaues und ultraviolettes Licht um, während die darunterliegende Siliziumschicht das langwellige rote und infrarote Spektrum nutzt. Theoretisch liegt das Wirkungsgrad-Limit für zweischichtige Tandems bei etwa 43 % (Shockley-Queisser-Grenze für 2-Terminal-Konfigurationen, 2026).
Im Labor wurden bereits Rekordwerte von 34,85 % für Perowskit-Silizium-Tandems erzielt (LONGi-Forschungszelle, NREL-zertifiziert, 2025). Die Diskrepanz zwischen Labor- und Modul-Wirklichkeit entsteht jedoch durch Fertigungstoleranzen, Rand- und Verpackungsschäden sowie fehlende Langzeit-Stabilität.
Das MANLY VALE Feldtestprojekt: Finanzierung, Umfang und Partner
Das Feldtest-Projekt wird mit 5,6 Mio. AUD von der Australian Renewable Energy Agency (ARENA) gefördert und hat ein Gesamtvolumen von 18 Mio. AUD. Bis zu 160 kommerzielle Module werden bis 2031 auf dem Water Research Laboratory in Manly Vale, 28 km nördlich des Sydney CBD, im Freiland installiert. Die Testbedingungen umfassen extreme Wetterphänomene: wechselnde Temperaturen, hohe Luftfeuchtigkeit, intensive UV-Strahlung, Regen, salzige Meeresluft und Stürme.
Partner des Projekts sind die chinesischen Unternehmen Trina Solar und MicroQuanta, die britische University of Surrey sowie das australische Forschungsinstitut CSIRO. Die Module werden von mehreren Herstellern vertraulich bezogen, sodass sowohl Einzel-Junction-Perowskit-Module als auch verschiedene Tandem-Konzepte (integrierte Perowskit-Silizium-Schichten oder gestapelte Perowskit- und Silizium-Geräte) getestet werden.
Projektleiterin Dr. Jessica Yajie Jiang (UNSW SPREE) betont: „Sie verhalten sich sehr unterschiedlich, und ihre Failure-Modes sind verschieden. Die Frage ist, ob diese Perowskit-Module die erwartete Lebensdauer erreichen.“
Technische Ziele und Messgrößen: Wirkungsgrad, Degradationsraten und IEC-Standard
Ein zentrales Ziel ist die Erfüllung des IEC-61215-Standards, der eine Restleistung von mindestens 80 % nach 25 Jahren Betriebszeit für kommerzielle Bankfähigkeit fordert. Die Feldstudie soll die tatsächlichen Degradationsraten unter realen Witterungszyklen quantifizieren und mit beschleunigten Labor-ISOS-Tests vergleichen.
- Gesamtbudget: 18 Mio. AUD (2026)
- ARENA-Zuschuss: 5,6 Mio. AUD (2026)
- Geplante Modulanzahl: 160 Stück
- Theoretisches Silizium-Wirkungsgrad-Limit: 29,4 %
- Labor-Weltrekord Perowskit-Silizium-Zelle: 34,85 % (2025)
- Theoretisches Tandem-Limit (2-Terminal): ~43 % (2026)
Typische Degradationsursachen von Perowskit-Tandems im Freiland
Fachstudien und die ersten Feldbeobachtungen zeigen, dass Perowskit-Zellen im Freiland anderen Ausfallmechanismen unterliegen als Siliziumzellen. Die wichtigsten Treiber des Leistungsabfalls sind:
- Ionenmigration im Perowskit-Gitter
- Thermomechanische Spannungen
- Delamination der Verkapselung
- Photo- und feuchtigkeitsinduzierte Grenzschichtkorrosion
Diese Mechanismen führen zu einer schnelleren Reduktion der Ausgangsleistung und gefährden die Erfüllung des 80-%-Restleistungs-Kriteriums.
Wirkungsgrad-Potenzial im Labormaßstab versus Modul-Wirklichkeit
Der Unterschied zwischen Labor- und Modul-Performance lässt sich anhand folgender Kennzahlen verdeutlichen:
- Theoretisches Silizium-Wirkungsgrad-Limit: 29,4 %
- Labor-Rekord-Wirkungsgrad Perowskit-Silizium-Tandem: 34,85 % (2025, NREL-zertifiziert)
- Theoretisches Tandem-Limit (2-Terminal): ca. 43 % (2026)
- Industrie-Modul-Wirkungsgrade: liegen noch deutlich darunter, bedingt durch Fertigungstoleranzen und Rand-/Verpackungsschäden.
Durch die Rückführung der Felddaten in das Labor (nach Abschluss der Outdoor-Beobachtungen) sollen die genauen Ursachen für die Diskrepanz identifiziert und künftig die Modul-Herstellung optimiert werden.
Strategischer Rahmen: ARENAs „30-30-30“-Initiative
Die Förderung der UNSW-Studie ist Teil eines 105,6 Mio. AUD schweren ARENA-Pakets für Ultra-Low-Cost Solar (ULCS). Die Initiative hat drei Kernziele bis 2030:
- Modulwirkungsgrade von mindestens 30 %
- Installationskosten von 30 Cent pro Watt
- Stromgestehungskosten (LCOE) von unter 20 AUD / MWh
Durch die Validierung wetterfester, hocheffizienter Tandemmodule soll die Initiative die Gesamtkosten für Solarenergie weiter senken und die Bankfähigkeit von Perowskit-Technologien für Großprojekte sicherstellen.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Warum genügt der bewährte Werkstoff Silizium für künftige PV-Parks nicht mehr?
Handelsübliche kristalline Siliziumzellen nähern sich mit Rekordwerten von über 27 % bereits der physikalischen Grenze von 29,4 % (Auger-Limit). Um den Flächenbedarf und die Systemkosten (Balance-of-System) weiter zu senken, müssen Tandemstrukturen das Sonnenspektrum breiter nutzen.
Welche Witterungsfaktoren setzen Perowskiten im Freiland besonders zu?
Wasser- und Sauerstoffeintritt führen zur Zersetzung des empfindlichen Kristallgitters, während UV-Strahlung und Temperaturwechsel chemische Reaktionen an den Grenzschichten sowie Delaminationen der Verkapselungsfolien beschleunigen.
Bis wann läuft das Testprogramm an der UNSW und was geschieht mit den Daten?
Die Versuchsreihe am Water Research Laboratory in Manly Vale läuft bis 2031. Erkenntnisse zu Ausfallmechanismen auf Nanoebene fließen in einen kontinuierlichen Feedback-Loop an Modulhersteller wie Trina Solar und MicroQuanta zurück, um Design- und Fertigungsverbesserungen zu ermöglichen.
Fazit
Das MANLY VALE Feldtestprojekt der UNSW verbindet hochmoderne Labor-Erfolge mit praxisnahen Freiland-Degradationsstudien. Durch die finanzielle Unterstützung von ARENA (5,6 Mio. AUD) und das übergeordnete Ziel der „30-30-30“-Strategie wird ein klarer Rahmen geschaffen, um die Lücke zwischen Labor-Wirkungsgrad-Rekorden (34,85 %) und industriellen Modul-Zielen zu schließen. Die systematische Analyse von Ionenmigration, thermomechanischen Spannungen, Delamination und Grenzschichtkorrosion liefert das nötige Wissen, um Perowskit-Tandemmodule langfristig bankfähig zu machen. Sollte das Projekt die angestrebten 80 %-Restleistungen nach 25 Jahren erreichen, könnten Perowskit-basierte Tandems die nächste Generation von kostengünstigen, hocheffizienten Solarmodulen darstellen und damit einen entscheidenden Beitrag zur Reduktion der Stromgestehungskosten in Australien und weltweit leisten.
