Die zweite Hürde der Solartechnik: Warum Perowskit-Zellen erst die Zeit überstehen müssen

In der Photovoltaik gilt seit Jahren ein Material als großer Hoffnungsträger: Perowskit. Die nach einem Mineral benannte Kristallstruktur lässt sich vergleichsweise günstig verarbeiten, dünn auftragen und sogar auf flexible Trägermaterialien drucken. Während klassische Solarzellen aus hochreinem Silizium energieaufwendig hergestellt werden, verspricht Perowskit eine billigere und ressourcenschonendere Produktion. Doch zwischen dem Laborerfolg und dem Dach eines Eigenheims liegt eine Hürde, die sich hartnäckig hält – und die in der aktuellen Forschung mehr Aufmerksamkeit bekommt als die reine Leistungsausbeute.

Wirkungsgrad ist längst nicht mehr das Problem

Beim Wirkungsgrad, also dem Anteil des Sonnenlichts, der tatsächlich in Strom umgewandelt wird, haben Perowskit-Zellen erstaunlich schnell aufgeholt. Laut Forschungsangaben erreichen sie heute Werte um die 27 Prozent und liegen damit auf Augenhöhe mit guten Siliziumzellen. Besonders interessant sind sogenannte Tandemzellen, bei denen eine Perowskitschicht auf eine Siliziumzelle gesetzt wird: Beide Schichten nutzen unterschiedliche Bereiche des Lichtspektrums, sodass in Summe mehr Energie gewonnen werden kann als mit jedem Material allein.

Die entscheidende Frage lautet inzwischen jedoch nicht mehr, wie viel eine solche Zelle leistet, sondern wie lange sie das tut. Siliziummodule halten auf dem Dach üblicherweise 20 bis 25 Jahre und verlieren in dieser Zeit nur langsam an Leistung. Perowskit muss diese Beständigkeit erst noch unter realen Bedingungen beweisen.

Empfindlich gegenüber Hitze, Feuchte und Licht

Die Schwäche steckt im Material selbst. Perowskit-Schichten reagieren empfindlich auf genau jene Einflüsse, denen ein Solarmodul über Jahre ausgesetzt ist: Feuchtigkeit, starke Temperaturschwankungen, Sauerstoff und intensive UV-Strahlung. Im ungünstigen Fall zersetzt sich die fein abgestimmte Kristallstruktur, und der Wirkungsgrad sinkt schneller, als es für einen wirtschaftlichen Betrieb tragbar wäre. Genau deshalb ist die Langzeitstabilität zum zentralen Forschungsthema geworden.

Mehrere Arbeitsgruppen, etwa an der Universität Stuttgart, verfolgen den Ansatz, die empfindliche Schicht durch zusätzliche Schutzlagen abzuschirmen. Laut Untersuchungsangaben kann eine hauchdünne molekulare Barriere zwischen den Funktionsschichten wie eine chemische Schutzhaut wirken. In Labortests behielten so präparierte Zellen ihre Leistung über mehr als tausend Stunden Dauerbeleuchtung weitgehend bei – ein Zeitraum, der in der Beschleunigungsprüfung grob einem Jahr im Freien entsprechen soll. Andere Versuche berichten von über 95 Prozent Restleistung nach hunderten Temperaturzyklen zwischen Frost und Hitze. Solche Zahlen sind ermutigend, stammen aber aus kontrollierten Prüfständen und sind nicht ohne Weiteres mit Jahrzehnten auf einem Hausdach gleichzusetzen.

Warum die Stabilität über den Markterfolg entscheidet

Für die Energiewende ist die Frage mehr als ein akademisches Detail. Eine günstige Solarzelle nützt wenig, wenn sie nach wenigen Jahren ersetzt werden muss – dann fressen Austausch und Montage den Kostenvorteil wieder auf. Hersteller und Investoren brauchen belastbare Garantien über die gesamte Lebensdauer, und Banken finanzieren Solarprojekte nur, wenn der Ertrag über Jahrzehnte kalkulierbar ist. Stabilität ist damit kein technisches Beiwerk, sondern die Voraussetzung dafür, dass aus einer Laborinnovation ein verkäufliches Produkt wird.

Wann Perowskit-Module in größerem Stil auf deutschen Dächern landen, lässt sich seriös nicht vorhersagen. Realistisch ist eher der schrittweise Einstieg über Tandemzellen, bei denen das bewährte Silizium die Hauptlast trägt und Perowskit den Ertrag erhöht. Die Forschung der vergangenen Jahre hat gezeigt, dass die Stabilitätsprobleme nicht grundsätzlich unlösbar sind. Gelöst sind sie damit aber noch nicht – und genau an dieser zweiten Hürde entscheidet sich, ob der Hoffnungsträger sein Versprechen einlöst.

Dieser Beitrag ist eine redaktionelle Einordnung eines Technologietrends und keine Kauf- oder Anlageempfehlung. Angaben zu Wirkungsgraden und Stabilität beruhen auf veröffentlichten Forschungsergebnissen und können sich mit dem Stand der Wissenschaft ändern.

Mehr zum Thema

• Wettlauf um Wirkungsgrade: Warum Tandem-Solarzellen die Photovoltaik neu vermessen
• Wärme aus der Leitung: Warum Forscher im Trinkwasser eine Heizquelle sehen
• Rost als Rohstoff: Warum Forscher in Eisen einen Energieträger der Zukunft sehen
• Teurer als der CO₂-Preis: Warum die Speicherung von Kohlendioxid an der Rechnung hängt
• Schwarzes Gold für den Acker: Warum Pflanzenkohle und Bodenmikroben die Landwirtschaft umtreiben
• Spurensuche im Wasser: Wie Umwelt-DNA das Monitoring der Fischvielfalt verändert