Das Fraunhofer ISE eröffnet neues Labor für Perowskit-Silizium-Solarzellen und erweitert damit seine Forschungsaktivitäten. Ziel ist es, die industrielle Fertigung von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen schneller marktreif zu machen. Unternehmen können dort neue Zell- und Modulkonzepte unter realitätsnahen Bedingungen testen. Die Technologie gilt als wichtiger Hoffnungsträger für höhere Wirkungsgrade in der Photovoltaik.
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE baut seine Rolle als Innovationsmotor der europäischen Photovoltaik weiter aus. Mit dem neuen Labor „Pero-Si-SCALE“ in Freiburg will das Fraunhofer ISE die industrielle Fertigung von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen deutlich beschleunigen. Ziel ist es, Forschungsergebnisse schneller in marktfähige Produkte zu überführen und damit die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Solarindustrie zu stärken.
Die neue Forschungs- und Entwicklungsplattform richtet sich insbesondere an Hersteller von Solarzellen und Solarmodulen. Unternehmen sollen dort neue Zellkonzepte unter industrienahen Bedingungen testen, analysieren und auf große Waferformate skalieren können. Laut Fraunhofer ISE lassen sich im Labor Zellgrößen bis zu 210 mal 210 Millimeter verarbeiten.
Die Technologie gilt als einer der wichtigsten Hoffnungsträger der Photovoltaikbranche. Während klassische Silizium-Solarzellen zunehmend an physikalische Effizienzgrenzen stoßen, eröffnet die Kombination mit Perowskit-Materialien deutlich höhere Wirkungsgrade.
Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen kombinieren zwei unterschiedliche Halbleitermaterialien in einer einzigen Solarzelle. Dabei wird auf eine herkömmliche Siliziumzelle eine extrem dünne Perowskit-Schicht aufgetragen. Diese zusätzliche Schicht kann andere Bereiche des Sonnenlichts absorbieren als Silizium allein.
Dadurch steigt das theoretische Wirkungsgradlimit laut Fraunhofer ISE von 29,4 Prozent auf bis zu 43,3 Prozent. Das wäre ein enormer Technologiesprung für die Photovoltaikbranche. Höhere Wirkungsgrade bedeuten mehr Stromertrag auf gleicher Fläche und damit niedrigere Stromgestehungskosten.
Das Fraunhofer ISE arbeitet bereits seit Jahren intensiv an dieser Technologie. Forscher des Instituts konnten in den vergangenen Jahren mehrere Rekordwerte bei Tandemsolarzellen und Tandemmodulen erreichen. Die neue Infrastruktur soll nun den entscheidenden Schritt von der Laborforschung zur industriellen Produktion ermöglichen.
Mit „Pero-Si-SCALE“ verfolgt das Fraunhofer ISE nicht nur technologische Ziele. Das Projekt hat auch eine industriepolitische Dimension. Europa und insbesondere Deutschland verloren in den vergangenen Jahren große Teile der Solarproduktion an asiatische Hersteller. Die Tandemtechnologie könnte nun eine neue Chance für den Aufbau moderner Produktionskapazitäten bieten.
Das Fraunhofer ISE betont, dass Unternehmen im neuen Labor Zugang zu einer unabhängigen Forschungsumgebung erhalten. Dort können sie neue Produktionsprozesse entwickeln, Qualitätsanalysen durchführen und Solarmodule unter realitätsnahen Bedingungen testen.
Bereits 2023 hatte Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik am Fraunhofer ISE, die strategische Bedeutung der Plattform hervorgehoben. Damals erklärte er: „Eine solche Forschungsplattform für Perowskit-Silizium Tandemphotovoltaik auf dieser Technologie-Reifestufe ist bisher weltweit einmalig.“
Die Aussage zeigt, welchen Anspruch das Fraunhofer ISE mit dem neuen Labor verfolgt. Freiburg soll zu einem zentralen Standort für die nächste Generation der Solartechnologie werden.
Ein wichtiger Vorteil des neuen Labors liegt in der praxisnahen Ausrichtung. Viele Technologien erzielen im Forschungslabor hervorragende Ergebnisse, scheitern später jedoch an der großskaligen Produktion. Genau diese Lücke will das Fraunhofer ISE schließen.
Im „Pero-Si-SCALE“-Labor können Prozesse entwickelt werden, die bereits nah an industriellen Fertigungsbedingungen arbeiten. Dazu gehören unter anderem Beschichtungsverfahren, Materialanalysen und Integrationsprozesse für Solarmodule.
Auch die Stabilität der Perowskit-Zellen spielt dabei eine wichtige Rolle. Denn bislang gelten Haltbarkeit und Langzeitstabilität noch als zentrale Herausforderungen der Technologie. Das Fraunhofer ISE arbeitet deshalb intensiv daran, die Lebensdauer der Tandemzellen zu verbessern und industrielle Qualitätsstandards zu erreichen.
Branchenexperten sehen in Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen einen möglichen Wendepunkt für die weltweite Solarindustrie. Durch die Kombination aus klassischer Siliziumtechnologie und innovativen Perowskit-Schichten lassen sich deutlich höhere Wirkungsgrade erzielen als mit herkömmlichen Solarzellen. Dadurch könnten Solarmodule künftig mehr Strom auf gleicher Fläche erzeugen. Besonders interessant wäre das für Hausdächer mit begrenztem Platzangebot, aber auch für große Solarparks, bei denen eine höhere Effizienz die Wirtschaftlichkeit weiter verbessern könnte.
Das Fraunhofer ISE rechnet damit, dass Tandemtechnologien in den kommenden Jahren schrittweise den Sprung aus der Forschung in die industrielle Fertigung schaffen werden. Weltweit investieren Unternehmen, Start-ups und Forschungseinrichtungen bereits hohe Summen in die Entwicklung der neuen Zellgeneration. Der Wettbewerb um die effizientesten und langlebigsten Tandemsolarzellen nimmt dabei spürbar zu.
Erste industrielle Erfolge zeigen bereits das Potenzial der Technologie. Gemeinsam mit Oxford PV entwickelte das Fraunhofer ISE ein Tandemmodul mit einem Wirkungsgrad von 25 Prozent und einer Leistung von 421 Watt. Damit zählt das Projekt zu den technologischen Vorreitern im internationalen Solarmarkt.
Mit dem neuen Labor „Pero-Si-SCALE“ will das Fraunhofer ISE nun den nächsten entscheidenden Schritt ermöglichen: die Vorbereitung einer wirtschaftlichen Massenproduktion. Ziel ist es, Herstellungsprozesse zu optimieren, Produktionskosten zu senken und die neue Generation von Hochleistungs-Solarzellen schneller in den Markt zu bringen.
Das Fraunhofer ISE zählt seit Jahren zu den weltweit führenden Forschungseinrichtungen im Bereich Solarenergie. Mit dem Ausbau der Tandemtechnologie unterstreicht das Institut seinen Anspruch, zentrale Innovationen für die Energiewende in Europa voranzutreiben.
Die Eröffnung des „Pero-Si-SCALE“-Labors kommt zu einem Zeitpunkt, an dem Europa verstärkt über technologische Souveränität und resilientere Lieferketten diskutiert. Die Photovoltaik gilt dabei als Schlüsseltechnologie für Klimaschutz, Energieversorgung und industrielle Wettbewerbsfähigkeit.
Das Fraunhofer ISE setzt deshalb nicht nur auf Grundlagenforschung, sondern zunehmend auf konkrete Lösungen für die Industrie. Das neue Labor könnte dabei helfen, Perowskit-Silizium-Solarzellen schneller aus dem Forschungsstadium in den globalen Solarmarkt zu bringen.
