Ein Solarmodul soll viele Jahre im Regen, in der Mittagshitze und bei Frost Strom liefern. Wie lässt sich das prüfen, ohne Jahrzehnte auf ein Ergebnis zu warten? Forschende setzen Solarzellen im Labor stärkeren Belastungen aus. Doch ein schneller Test hilft nur, wenn er die Schäden erzeugt, die später auch draußen auftreten.
Ein Team des Helmholtz-Zentrums Berlin hat solche Schäden verglichen. Bei den untersuchten Perowskit-Solarzellen bildete stärkeres Licht wichtige Muster aus dem Freiland nach; andere Belastungen führten zu abweichenden Ergebnissen. Eine unabhängige Studie mit Modulen in China wählte einen anderen Weg über das Lichtspektrum. Zusammen zeigen sie, weshalb es auf die Art der Belastung und den Aufbau der Zelle ankommt.
Ein Zeitraffer mit einer schwierigen Aufgabe
Perowskit bezeichnet hier eine Klasse lichtaktiver Materialien mit einer bestimmten Kristallstruktur. In Solarzellen nehmen sie Licht auf und helfen, elektrische Ladungen zu erzeugen. Sie lassen sich auch mit Silizium kombinieren: Die obere Perowskitschicht und die darunterliegende Siliziumzelle nutzen unterschiedliche Anteile des Lichts. Solche Tandems versprechen hohe Wirkungsgrade, müssen aber auch über längere Zeit zuverlässig arbeiten.
Im Freien wirken mehrere Einflüsse zugleich: Licht und Temperatur ändern sich im Tagesverlauf, Feuchtigkeit und Sauerstoff können an empfindliche Schichten gelangen. Auch die elektrische Belastung gehört zum Betrieb. Ein Labor kann einzelne Bedingungen gezielt einstellen und damit herausfinden, welche Veränderungen sie auslösen. Für eine sinnvolle Prognose muss der Versuch aber zum späteren Einsatz passen.
Das lässt sich mit einem Kleidungsstück vergleichen, dessen Haltbarkeit man durch häufigeres Waschen untersucht. Läuft es bei extremer Hitze ein, sagt das nicht automatisch, wie es bei normaler Pflege verschleißt. Bei Solarzellen ist der Zusammenhang komplexer: Verschiedene Belastungen können unterschiedliche chemische und elektrische Veränderungen auslösen.
Was nach 20 Monaten draußen sichtbar wurde
Das Berliner Forschungsteam untersuchte Perowskit-Solarzellen, die 20 Monate im Freiluftlabor Wind und Wetter ausgesetzt waren. Es identifizierte drei Veränderungen. Im Perowskit bildeten sich kleine kreisförmige Bereiche mit veränderter Zusammensetzung. Hinzu kamen Korrosion von Kupfer und Muster an den Zellrändern; die beiden letzten Effekte hingen vor allem mit dem Zelldesign zusammen.
Diese Muster sind mehr als ein kosmetischer Befund. Sie zeigen, wo sich das Material oder seine Kontakte verändern. Ein einzelner Leistungswert am Anfang und Ende würde nicht unbedingt verraten, ob ein Labortest denselben Vorgang wie die Alterung draußen ausgelöst hat. Das Team verglich deshalb auch die räumliche Verteilung der Schäden.
Mehr Licht war in diesem Versuch hilfreicher
Eine naheliegende Abkürzung besteht darin, die Temperatur im Labor zu erhöhen. Für die untersuchten Zellen hatte die Berliner Gruppe jedoch bereits gezeigt, dass hohe Temperaturen einen zusätzlichen Alterungsmechanismus auslösen konnten, der bei niedrigeren Temperaturen und im beobachteten Außeneinsatz nicht auftrat.
Im neuen Vergleich verstärkte das Team stattdessen die Beleuchtung auf das 2,3-Fache einer als „eine Sonne“ bezeichneten Referenzintensität. Unter diesen Bedingungen beschleunigten sich die drei untersuchten Veränderungen, während ihre räumlichen Trends denen im Freien ähnelten. Eine andere elektrische Vorspannung förderte zwar ebenfalls Veränderungen im Perowskit, veränderte aber zugleich das Ausmaß anderer Schäden.
Daraus folgt keine allgemeine Regel, nach der jede Solarzelle nur stärker beleuchtet werden muss. Der Befund betrifft die untersuchten Zellaufbauten und die verglichenen Bedingungen. Er zeigt vielmehr, wie sich ein Test verbessern lässt: Forschende müssen prüfen, ob die Abkürzung zu den relevanten Veränderungen führt. Das Team selbst sieht darin einen Schritt zu besseren Prognosen, noch keine perfekte Lösung.
Ein zweiter Weg führt über die Lichtfarbe
Ein 2025 veröffentlichtes Forschungsvorhaben verglich eine kleine Freilandanlage in Ostchina mit einer Laborprüfung. Die Anlage bestand aus 20 Perowskit-Submodulen, die drei Jahre überwacht wurden. Im Labor passte das Team das Spektrum an und verstärkte Anteile im ultravioletten bis blauvioletten Bereich. Für die untersuchten Module fanden die Forschenden eine Übereinstimmung zwischen dem künstlichen und einem Teil des natürlichen Alterungsverlaufs.
Der Vergleich ergänzt den Berliner Ansatz, liefert aber keine Umrechnung für beliebige Dächer. Materialzusammensetzung, Kapselung, Klima und Prüftemperatur beeinflussen, was geschieht. Eine Methode, die bei einem Modul gut passt, muss für eine andere Bauart erneut überprüft werden. Gerade diese Abhängigkeit macht Feldmessungen wertvoll: Sie liefern den Maßstab, an dem ein beschleunigter Versuch gemessen werden kann.
Auch ein US-Forschungsteam untersuchte den Einfluss von ultraviolettem Licht und ließ ein Minimodul unabhängig im Freien prüfen. Bei einem besonders leistungsfähigen Exemplar lag der Betriebswirkungsgrad nach 29 Wochen noch über 16 Prozent. Das ist ein Ergebnis für dieses Modul und diesen Zeitraum, keine Aussage über jahrzehntelangen Betrieb aller Perowskitmodule.
Vom Zellversuch zum Modul
Zwischen einer kleinen Versuchszelle und einem Solarmodul auf dem Dach liegen weitere Schritte. Viele Zellen müssen verschaltet und vor der Umgebung geschützt werden. Die Verbindungen und die Kapselung können selbst beeinflussen, wie sich ein Modul im Einsatz verhält. Deshalb lässt sich ein Ergebnis an einer einzelnen Zelle nicht ohne Weiteres auf ein großes Tandemmodul übertragen.
Das Fraunhofer ISE arbeitet im Projekt SOLIDE an Verfahren für industrielle Perowskit-Silizium-Tandems. Von 2026 bis 2029 sollen unter anderem beschleunigte Alterungsprüfungen, vergleichbare Messverfahren und Schutzschichten entwickelt werden. Das sind Projektziele; eine nachgewiesene Lebensdauer fertiger Module lässt sich daraus noch nicht ableiten.
Für die Beurteilung einer neuen Solartechnik zählt daher neben dem Ergebnis immer die Frage, wie es entstanden ist: Welche Zelle oder welches Modul wurde geprüft, unter welchem Licht und welcher Temperatur, und stimmen die beobachteten Veränderungen mit dem Außeneinsatz überein? Erst aus solchen Vergleichen wird ein schneller Labortest zu einem brauchbaren Werkzeug für die Entwicklung langlebiger Module.
Quellen
- Helmholtz-Zentrum Berlin: Prognosen zur Langzeitstabilität, 25. Juni 2026
- Nanoscale Advances: Outdoor ageing performance and indoor UV degradation, 2025
- National Renewable Energy Laboratory: Durability of Outdoor Perovskite Solar Cells, 2024
- Fraunhofer ISE: Forschungsprojekt SOLIDE
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