Perowskit-Solarzellen: Neues Kontaktmaterial ersetzt das Fußballmolekül

Forschende des Helmholtz-Zentrums Berlin ersetzen die Fulleren-Kontaktschicht von Perowskit-Solarzellen durch ein Carboran-Material und gewinnen damit bis zu 2,4 Prozentpunkte Wirkungsgrad. Das Besondere: Das Material ist patentiert und bereits kommerziell erhältlich.

VON MARTIN JENDRISCHIK · 3 Min. Lesezeit LESEN

Ein Team um Steve Albrecht am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) hat gemeinsam mit der Kaunas University of Technology in Litauen ein neues Material für den Elektronenkontakt von Perowskit-Solarzellen entwickelt. Die Verbindung auf Carboran-Basis, mCB-FMN genannt, ersetzt die bisher übliche Schicht aus Fullerenen. Die Studie dazu ist im Fachjournal Energy & Environmental Science erschienen.

Fullerene, wegen ihrer Form aus 60 Kohlenstoffatomen auch Fußballmoleküle genannt, transportieren in der Zelle die bei Sonneneinfang entstehenden Elektronen ab. Das funktioniert, hat aber Haken: An der Grenzfläche zum Perowskit geht ein erheblicher Teil der Ladungsträger verloren, das Material ist verhältnismäßig teuer, und die Schicht neigt dazu, sich mit der Zeit abzulösen.

Das Carboran-Material behebt diese Schwächen gleich mehrfach. Es lässt sich bei niedrigeren Temperaturen aus der Gasphase abscheiden, was Energie spart und die Anlagen schont, es bildet eine gleichmäßige Schicht und verliert an der Grenzfläche deutlich weniger Ladungsträger. Berechnungen legen zudem nahe, dass es Oberflächendefekte passiviert. Mechanische Prüfungen zeigen außerdem eine bessere Haftung im Schichtstapel, ein Plus für die Langzeitstabilität.

Das Ergebnis in Zahlen: Eine Perowskit-Einzelzelle gewinnt mit dem neuen Kontaktmaterial 1,5 Prozentpunkte Wirkungsgrad gegenüber der Fulleren-Referenz. Bei Perowskit-Silizium-Tandemzellen sind es sogar 2,4 Prozentpunkte, weil zusätzlich mehr Licht die photoaktiven Schichten erreicht.

Wie viel Luft nach oben das eröffnet, zeigt der Blick auf die Rekordjagd der vergangenen Jahre: Einzelne Perowskit-Zellen wandeln laut HZB bereits über 27 Prozent des Sonnenlichts in Strom um. Bei den Tandemzellen meldete der chinesische Hersteller LONGi erst Mitte Juli 2026 einen ESTI-zertifizierten Weltrekord von 35,5 Prozent.

Ungewöhnlich für eine Forschungsmeldung ist das Tempo Richtung Markt. Für das Material läuft eine europäische Patentanmeldung (EP 25175871.0), beim TandemPV International Workshop 2025 gab es dafür den Best Scientific Content Award. „Die Firma Dyenamo hat dieses Material jetzt auf den Markt gebracht”, sagt Steve Albrecht. Erstautorin Lea Zimmermann verweist auf die breite Messbasis der Studie, von Photolumineszenz bis Elektronenmikroskopie.

Es ist bereits der zweite Kontaktschicht-Erfolg des HZB-Teams binnen weniger Wochen: Anfang Juli meldete es einen Durchbruch bei lochleitenden Kontakten mit selbstorganisierenden Monolagen. Als Nächstes wollen die Forschenden weitere Materialien der Carboran-Klasse entwickeln, die nach Albrechts Einschätzung auch die Tandem-Solarzellen voranbringen könnten, deren Aufstieg Cleanthinking seit dem Solarjahr 2024 verfolgt.

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