PHOTOVOLTAIK · 3. JUNI 2026
Fraunhofer ISE / Michael SpiegelhalterPerowskit-Tandemzelle: Das Ende des Silizium-Limits
Silizium-Solarzellen stoßen bei 29,4 Prozent Wirkungsgrad an eine physikalische Mauer. Die Perowskit-Tandemzelle durchbricht sie. Forscher der TU München haben 2026 das letzte große Hindernis überwunden. Fraunhofer ISE hat eine Brücke zur Industrie gebaut. Und ein deutsches Werk liefert bereits.
Der Satz klingt wie eine Bankrotterklärung, ist aber ein Naturgesetz. Siliziumzellen können nicht mehr als 29,4 Prozent des Sonnenlichts in Strom umwandeln. Martin Hermle, Forscher am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg, bringt es auf drei Wörter: „Mehr geht nicht.” Das Shockley-Queisser-Limit, benannt nach zwei amerikanischen Physikern, beschreibt die fundamentale Grenze jeder Silizium-Einzelzelle.
Dabei ist das Solarmodul längst zur günstigsten Energiequelle der Geschichte geworden. Ein Kilowatt Peak Nennleistung, der 1981 noch rund 28.000 Euro kostete, ist heute für etwa 100 Euro zu haben. Aber die Wand bei 29,4 Prozent ist real. Wer mehr will, braucht einen anderen Ansatz. Den gibt es: die Perowskit-Tandemzelle. Sie kombiniert zwei verschiedene Halbleitermaterialien, nutzt das Sonnenspektrum breiter und kommt theoretisch auf 43,3 Prozent Wirkungsgrad, fast 50 Prozent mehr als Silizium allein je erlaubt.
Was diese Technologie jahrelang ausbremste, war kein Effizienzproblem, sondern ein Haltbarkeitsproblem. Perowskit altert unter Temperaturschwankungen schneller als Silizium, weit schneller als die 25 Jahre, die ein Dachmodul überstehen muss. Forscher der Technischen Universität München (TUM) haben den Mechanismus 2026 entschlüsselt und einen Weg gefunden, ihn zu stoppen. Dass das Handelsblatt heute, am 3. Juni, darüber berichtet, zeigt: Die Perowskit-Tandemzelle ist aus dem Labor herausgetreten.
Zwei Zellen, ein Modul - wie die Tandemzelle das Sonnenspektrum aufteilt
Der Name erklärt den Aufbau. Eine Tandemsolarzelle besteht aus zwei übereinander gestapelten Absorberschichten, die das Sonnenlicht unter sich aufteilen. Oben liegt eine dünne Schicht aus Perowskit, einem kristallinen Halbleitermaterial, das das kurzwellige, energiereiche Licht zwischen 300 und 700 Nanometern abfängt. Darunter arbeitet die bewährte Siliziumzelle, die das langwellige Licht bis 1.100 Nanometern verwertet, das die Perowskit-Schicht durchlässt.
Das Faszinierende ist die Proportion: Die Perowskit-Oberzelle ist nur rund 500 Nanometer dünn, ein tausendstel der Dicke eines menschlichen Haares. Aufgebracht wird sie auf eine handelsübliche Siliziumzelle. Das bedeutet für die Industrie: Fertigungslinien für Silizium-Grundzellen müssen nicht ersetzt, sondern nur ergänzt werden. „Tandemsolarzellen sind der entscheidende Hebel für noch mehr Effizienz”, sagt Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik am Fraunhofer ISE.
Der physikalische Hintergrund: Herkömmliche Siliziumzellen können zwar das komplette Sonnenspektrum absorbieren, gewinnen aber aus kurzwelligem Licht keine Mehrenergie. Photonen mit mehr Energie als das Silizium-Bandgap braucht, geben ihren Überschuss als Wärme ab. Genau diese Verlustenergie nutzt die Perowskit-Schicht. Weil Perowskit ein größeres Bandgap hat als Silizium, wandelt es die energiereichen Photonen vollständiger in Strom um, bevor das langwellige Restlicht in die Siliziumzelle weitergegeben wird.
Perowskit ist kein Laborkonstrukt, sondern ein weitverbreitetes Mineral: Calciumtitanat. Die in Solarzellen genutzten Perowskit-Verbindungen aus Blei, Jod und organischen Kationen haben dieselbe Kristallstruktur, werden aber synthetisch hergestellt. Sie lassen sich aus einer Lösung abscheiden, was die Fertigung deutlich einfacher und günstiger macht als die aufwendige Vakuumabscheidung von Silizium. Den Namen trägt das Material nach dem russischen Mineralogen Lew Perowski.
Die Effizienzentwicklung ist bemerkenswert schnell. Die erste Perowskit-Solarzelle erreichte 2009 gerade drei Prozent Wirkungsgrad. Heute hält der chinesische Hersteller LONGi den von der Europäischen Solarprüfstelle ESTI zertifizierten Weltrekord bei 35,0 Prozent, für eine Perowskit-Silizium-Tandemzelle. Das entspricht mehr als dem 2,2-Fachen der ersten Ergebnisse, in weniger als 20 Jahren. Siliziumzellen brauchten nach ihrer Erfindung über 40 Jahre, um die 26-Prozent-Marke zu knacken.
KURZ ERKLÄRT
Perowskit-Tandemzelle (auch: Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle): Eine Solarzelle, die aus zwei übereinander gestapelten Absorberschichten besteht. Die rund 500 Nanometer dünne Perowskit-Oberzelle fängt kurzwelliges Licht (300-700 nm) ein, die Siliziumzelle darunter langwelliges Infrarotlicht (700-1.100 nm). Das theoretische Wirkungsgradpotenzial liegt bei 43,3 Prozent, verglichen mit 29,4 Prozent bei reinen Siliziumzellen. Den aktuellen Laborrekord hält LONGi mit 35,0 Prozent (zertifiziert ESTI 2026).
| Technologie | Wirkungsgrad | Status |
|---|---|---|
| Silizium-Modul (Industriestandard) | 22–24 % | Marktstandard |
| Silizium-Limit (Shockley-Queisser) | 29,4 % | Physikgrenze |
| Perowskit-Tandem, Oxford PV Centaur (Modul) | 25 % | Kommerziell seit 2024 |
| Perowskit-Tandem, Fraunhofer ISE (Labor) | > 33 % | Labor 2026 |
| Perowskit-Tandem, Weltrekord (LONGi/ESTI) | 35,0 % | Laborzelle 2026 |
| Perowskit-Tandem, Potenzial | 43,3 % | Theoretisches Maximum |
Das Haltbarkeitsproblem - und wie Münchner Forscher es lösten
Das hätte alles früher kommen können. Perowskit-Solarzellen mit über zehn Prozent Wirkungsgrad gab es schon 2012. Aber immer wieder stand dasselbe Problem im Weg: die Temperaturempfindlichkeit des Materials. Ein Solarmodul auf einem Dach übersteht Jahrzehnte, frostigen Nächten ebenso wie sommerlicher Mittagshitze. Fachleute nennen dieses wiederholte Erwärmen und Abkühlen thermische Zyklen.
Die Folge ist eine Materialdegradation, die weit schneller abläuft als bei Silizium. Besonders kritisch ist dabei eine ausgeprägte Anfangsphase, die Experten als Burn-in bezeichnen. In dieser Phase können Perowskit-Zellen bis zu 60 Prozent ihrer relativen Leistungsfähigkeit einbüßen. Warum genau, blieb lange unklar.
Ein Team um den Erstautor Dr. Kun Sun am Lehrstuhl für Funktionelle Materialien der TU München, geleitet von Prof. Peter Müller-Buschbaum, hat die zugrundeliegenden Mechanismen in zwei Studien entschlüsselt. Mit hochauflösenden Röntgenmessungen am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg beobachteten die Forschenden in Echtzeit, wie das Kristallgitter der Perowskit-Schicht bei schnellen Temperaturwechseln atmet: Es dehnt sich aus und zieht sich zusammen. Die daraus entstehenden inneren Spannungen zerreißen die Struktur. „Im Inneren des Materials entstehen Spannungen und seine Struktur verändert sich”, erklärt Sun, und jede solche Umstrukturierung kostet Leistung.
Die erste Publikation erschien im Januar 2026 in Nature Communications, erarbeitet gemeinsam mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), dem DESY und dem KTH Royal Institute of Technology in Stockholm. Eine zweite Studie, im Februar 2026 in ACS Energy Letters veröffentlicht, ging einen Schritt weiter: Durch den Vergleich verschiedener organischer Moleküle als Abstandshalter in der Kristallstruktur identifizierten die Forschenden das Molekül PDMA als optimalen Stabilisator. Es wirkt wie ein molekularer Anker, der die fragile Kristallstruktur zusammenhält, während sie sich unter thermischer Last ausdehnt und zusammenzieht.
Das Ergebnis sind Zellen, die auch unter dem mechanischen Stress schneller Temperaturwechsel stabil bleiben. Nicht als Prototyp in der Glasscheibe eines Labors, sondern als Designkonzept, das industriell umgesetzt werden kann. Für Müller-Buschbaum ist die Richtung damit klar: „Die Zukunft der Photovoltaik trägt die Vorsilbe Tandem.”
Ein zweites Forschungsteam der Ludwig-Maximilians-Universität München arbeitet parallel an einem ähnlichen Ansatz und setzt das Molekül DMSLA ein, um die Stabilität gegenüber Temperaturschwankungen zu verbessern. Das Stabilitätsproblem ist also nicht von einer Gruppe gelöst worden, sondern auf breiter Front angegangen, was die Ergebnisse belastbarer macht.
Vom Labor zur Fabrik - was Freiburg und Brandenburg gerade aufbauen
Ein Laborergebnis, und sei es noch so überzeugend, ist kein Produkt. Das Fraunhofer ISE in Freiburg hat diese Lücke im Blick, als es am 6. Mai 2026 das Pero-Si-SCALE eröffnete. Das Labor überträgt Tandemzellen-Designs aus der Forschungsphase in industriell skalierbare Prozesse und arbeitet seit Januar 2026 mit deutschen und europäischen Herstellern zusammen. Es skaliert Zelldesigns auf Waferformate von 210 mal 210 Millimetern, dem aktuellen Industriestandard.
Die Methode heißt Hybridroute: Sie kombiniert Vakuumabscheidung mit nasschemischen Prozessen. Der industriepolitische Vorteil dieser Route ist, dass handelsübliche, texturierte Siliziumzellen als Basis verwendbar bleiben, also keine vollständig neue Fertigungsinfrastruktur erforderlich ist. Das ISE hat mit dieser Methode bereits Wirkungsgrade von über 33 Prozent im Labormaßstab erzielt. Rund 60 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter arbeiten im Pero-Si-SCALE. Die Vakuumbeschichtungsanlagen lieferte die Von Ardenne GmbH, ein Dresdner Anlagenbauer für Dünnschichttechnologie.
Das Pero-Si-SCALE ist damit kein weiteres Forschungsinstitut, das Papers produziert. Es ist eine offene Infrastruktur für Solarzellen- und Modulhersteller, die prüfen wollen, ob und wie sie die Tandemtechnologie in ihre Produktionslinien integrieren können, ohne das Risiko allein zu tragen. Das Fraunhofer ISE übernimmt den kapitalintensiven Teil: den Aufbau des Equipments, die Prozesskompetenz, die Charakterisierungsumgebung.
Auf der anderen Seite der Brücke zwischen Forschung und Markt steht Oxford PV. Das Unternehmen wurde 2010 als Spin-out der Universität Oxford gegründet, um Perowskit-Technologien zur Marktreife zu bringen, und betreibt seit 2017 eine Produktion auf dem Gelände der früheren Bosch CIS in Brandenburg an der Havel. Im September 2024 lieferte Oxford PV die ersten kommerziell gefertigten Perowskit-Tandemmodule aus, an einen Kunden in den USA. Die 72-Zellen-Module der Centaur-Serie erreichen 25 Prozent Modulwirkungsgrad, rund 20 Prozent mehr als marktübliche Siliziummodule.
2025 schloss Oxford PV einen Lizenzvertrag mit dem chinesischen Hersteller Trinasolar ab, im Februar 2026 folgte eine nicht-exklusive Patentlizenz mit First Solar, dem größten Solarmodulhersteller der westlichen Hemisphäre. Serienfertigung plant Oxford PV für 2027. Das Ziel: 27 Prozent Modulwirkungsgrad bis dahin, 30 Prozent bis 2030, mit einem jährlichen Effizienzgewinn von einem Prozentpunkt. Mehr als 400 Patente sichern die Technologieposition.
Europas zweite Chance in der Solarindustrie
Die erste Chance der zweiten Rendite der Energiewende hat Europa verpasst. Mitte der 2000er-Jahre war Deutschland Weltmarktführer in der Solarproduktion. Dann übernahm China, mit Staatsförderung und Skaleneffekten, gegen die Europa kaum etwas entgegenzusetzen hatte. Hersteller wie Solarworld gingen pleite, Bosch CIS zog sich zurück. Heute fertigt China nach IEA-Angaben über 80 Prozent aller Solarmodule weltweit, und beim Wirkungsgrad-Weltrekord für Perowskit-Tandemzellen führt ebenfalls China: LONGi, zertifiziert von der Europäischen Solarprüfstelle ESTI, mit 35,0 Prozent.
Die Ausgangslage für den zweiten Anlauf ist eine andere. Oxford PV ist das einzige Unternehmen weltweit, das Perowskit-Tandemmodule bereits kommerziell ausliefert. Die Patentbasis ist belastbar: Wenn First Solar, der größte Modulhersteller der westlichen Welt, einen Lizenzvertrag schließt, ist das kein Gefälligkeitsabkommen. Es ist ein Urteil über die Substanz des IP-Portfolios. Und Fraunhofer ISE stellt mit dem Pero-Si-SCALE eine offene Infrastruktur bereit, die europäische Hersteller nutzen können, ohne in eigene Forschungskapazitäten in einem Stadium zu investieren, in dem die Technologie noch nicht stabil genug für Gigawatt-Linien ist.
Andreas Bett, Institutsleiter des Fraunhofer ISE, hat das strategische Argument auf den Punkt gebracht: Perowskit-Silizium-Tandemzellen bieten eine Gelegenheit für den Wiedereinstieg in die europäische PV-Fertigung. Der Gedanke dahinter ist präzise. Bei der Silizium-Standardzelle ist Europa abgeschlagen. Bei der Tandemzelle beginnt der Markt gerade erst. Wer jetzt Produktionskompetenz aufbaut, muss niemanden aufholen.
Zu den wirtschaftlichen Argumenten kommt ein technisches hinzu, das oft übersehen wird. Höhere Modulwirkungsgrade senken die Stromgestehungskosten nicht nur proportional, sondern überproportional: Montagekosten, Fläche, Verkabelung, Wechselrichterleistung fallen je erzeugter Kilowattstunde. Ein Modul mit 30 Prozent Wirkungsgrad braucht auf einer Gewerbedachfläche ein Drittel weniger Module als eines mit 20 Prozent, um dieselbe Jahresarbeit zu liefern. Das macht die Perowskit-Tandemzelle nicht nur für Hersteller interessant, sondern für jeden, der Photovoltaik plant.
Das Zeitfenster ist offen. Die TUM-Forschung hat den Alterungsmechanismus entschlüsselt. Das Pero-Si-SCALE verbindet Laborwissen mit Industriefertigung. Oxford PV liefert. Ob Europa die Chance diesmal nutzt, hängt davon ab, wie schnell Hersteller, Forschungsinfrastruktur und Industriepolitik in dieselbe Richtung laufen.
Was ist der Unterschied zwischen einer normalen Solarzelle und einer Perowskit-Tandemzelle?
Eine normale Siliziumzelle nutzt eine einzige Absorberschicht und stößt bei maximal 29,4 Prozent Wirkungsgrad an eine physikalische Grenze. Eine Perowskit-Tandemzelle stapelt eine rund 500 Nanometer dünne Perowskit-Schicht auf die Siliziumzelle: Die Perowskit-Schicht fängt das kurzwellige Licht (300–700 nm) ein, das Silizium darunter das langwellige Infrarotlicht (700–1.100 nm). Das theoretische Wirkungsgradpotenzial steigt dadurch von 29,4 auf 43,3 Prozent.
Welchen Wirkungsgrad erreichen Perowskit-Tandemzellen heute?
Den aktuellen Laborrekord hält LONGi mit 35,0 Prozent, zertifiziert von der Europäischen Solarprüfstelle ESTI (2026). Kommerziell erhältliche Module von Oxford PV aus der Centaur-Serie erreichen 25 Prozent Modulwirkungsgrad, rund 20 Prozent mehr als herkömmliche Siliziummodule. Das Fraunhofer ISE hat im Labor mit seiner Hybridroute bereits über 33 Prozent erzielt.
Wann kommen Perowskit-Tandemzellen auf den Markt?
Oxford PV liefert seit September 2024 erste kommerzielle Perowskit-Tandemmodule, zunächst an Kunden in den USA. Die Serienfertigung ist für 2027 geplant. Das Ziel: 27 Prozent Modulwirkungsgrad bis 2027, 30 Prozent bis 2030.
Warum waren Perowskit-Tandemzellen bisher nicht marktreif?
Das Kernproblem war die Temperaturempfindlichkeit des Perowskit-Materials. Thermische Zyklen aus Erwärmen und Abkühlen ließen die Kristallstruktur altern. Forscher der TU München haben 2026 in Nature Communications und ACS Energy Letters gezeigt, dass das Molekül PDMA als molekularer Anker die Kristallstruktur stabilisiert und die sogenannte Burn-in-Phase, in der Zellen bis zu 60 Prozent ihrer Leistung verlieren können, verhindert.
QUELLEN
- Fraunhofer ISE: Pressemitteilung „Fraunhofer ISE eröffnet Labor zur schnelleren Markteinführung von Perowskit-Silizium-Photovoltaik”, 6. Mai 2026. ise.fraunhofer.de
- Kun Sun, Renjun Guo et al.: „Insights into the operational stability of wide-bandgap perovskite and tandem solar cells under rapid thermal cycling”, Nature Communications, 14. Januar 2026. doi.org
- Kun Sun et al.: „Halide Segregation in Wide-Bandgap Quasi-2D Perovskites under Rapid Thermal Cycling”, ACS Energy Letters, 11(3), 2952-2958, 24. Februar 2026. doi.org
- pv magazine: „Oxford PV targets 20-year lifetime for perovskite-silicon tandem modules by 2028”, 16. Januar 2026. pv-magazine.com
- BusinessWire: „First Solar, Oxford PV Enter into Patent Licensing Agreement for US Markets”, 24. Februar 2026. businesswire.com
- Bernd Kramer: „Große Hoffnung Tandemzelle”, Badische Zeitung, 7. Mai 2026.
- Sophia Ulrich: „Neue Solarzellen, mehr Energie – die Zukunft der Photovoltaik”, Handelsblatt, 3. Juni 2026. handelsblatt.com
Symbolfoto Foto von Artur Ament auf Unsplash
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