In den letzten zehn Jahren sind die Kosten pro Kilowattstunde bei der Photovoltaik um mehr als 90 Prozent gesunken, was vor allem auf die kontinuierliche Kostensenkung und Effizienzsteigerung bei kristallinen Siliziumzellen zurückzuführen ist. Doch dieser Weg stößt langsam an seine Grenzen, weshalb die Branche nun ihr Augenmerk auf ein neues Material namens Perowskit richtet.

I. Warum hat das kristalline Silizium bald ausgedient?

Der Laborwirkungsgrad von monokristallinen Siliziumzellen liegt mittlerweile bei etwa 26,8 Prozent, während die theoretische Grenze bei etwa 29 Prozent liegt. Mit anderen Worten: Jeder Prozentpunkt, der in der Vergangenheit durch Materialreinigung und kleine Prozessinnovationen gewonnen wurde, ist heute mit immer höheren Kosten verbunden. Ein weiteres Steigern des Wirkungsgrads ist aus Kosten-Nutzen-Sicht nicht mehr besonders attraktiv.

II. Was ist Perowskit eigentlich?

Perowskit ist kein einzelnes Mineral, sondern eine Klasse organisch-anorganischer Halogenide mit einer bestimmten Kristallstruktur. Es verfügt über eine extrem hohe Lichtabsorption, die Bandlücke lässt sich flexibel anpassen, und vor allem kann es im Lösungsverfahren wie beim Drucken aufgetragen werden. Theoretisch liegen die Herstellungskosten weit unter denen von kristallinem Silizium, für dessen Herstellung ein Kristallziehverfahren bei hohen Temperaturen erforderlich ist.

Vergleichsposten Kristallines Silizium (Einfach-Sperrschicht) Perowskit Perowskit/kristallines Silizium-Stapelschicht
Laboreffizienz ca. 26,8 % ca. 26 % (kleine Fläche) Die Marke von 33 % wurde überschritten
Herstellungskosten Hoch (Hochtemperaturverfahren) Niedrig (Lösungsverfahren) Chinesisch
Herausforderungen bei der Serienfertigung An die Grenzen gehen Stabilität, Schwierigkeiten bei der Verstärkung Beides zusammen

III. Ein schrittweiser Ansatz ist der realistischere Weg

Es ist nicht einfach, kristallines Silizium direkt durch reines Perowskit zu ersetzen, doch die Kombination beider Schichten in einer Schicht ist eine raffinierte Lösung: Kristallines Silizium absorbiert langwelliges rotes Licht, Perowskit absorbiert kurzwelliges blaues Licht – so werden die jeweiligen Vorteile beider Spektralbereiche genutzt. Die von führenden Unternehmen veröffentlichten zertifizierten Wirkungsgrade für Stapelzellen haben bereits die 34-Prozent-Marke überschritten – ein Niveau, das mit monokristallinem Silizium nur schwer zu erreichen ist.

IV. Die eigentlichen Stolpersteine sind Stabilität und Verstärkung

So beeindruckend die Effizienz kleiner Proben im Labor auch sein mag – wenn man sie auf eine Fläche von mehreren Quadratmetern skaliert und dabei eine gleichmäßige Verteilung gewährleisten muss, ist das eine ganz andere Sache. Perowskite sind wasser- und sauerstoffempfindlich und neigen zu Leistungsabfall; die Verkapselung und die Lebensdauer (z. B. T80, also die Zeit bis zum Leistungsabfall auf 80 %) stellen unumgängliche Hürden dar, und auch das Risiko der Bleimigration wird häufig als Argument angeführt.

Fazit in einem Satz: In den nächsten drei bis fünf Jahren werden TOPCon und HJT weiterhin den Markt dominieren; Perowskit wird zunächst in den Bereichen Stapelstrukturen, gebäudeintegrierte Photovoltaik und Anwendungen bei schwachem Licht Fuß fassen, doch ein großflächiger Ersatz durch reine Perowskit-Technologie wird höchstwahrscheinlich noch fünf bis zehn Jahre auf sich warten lassen.

Daher geht es bei der Photovoltaik in der „nächsten Phase“ nicht darum, dass eine Technologie eine andere ersetzt, sondern darum, dass durch die Mehrschichttechnik die Effizienzgrenze erneut angehoben wird, was der Branche Spielraum für eine weitere Runde der Kostensenkung verschafft.