Tandem-Solarzellen: Warum Perowskit die nächste Solar-Revolution sein kann

Viele Dächer und Freiflächen sind heute schon mit Photovoltaik belegt, trotzdem bleibt der Platz begrenzt. Effizienz gewinnt deshalb an Bedeutung: Mehr Kilowattstunden pro Quadratmeter helfen, Anlagen kleiner, Erträge höher und Netzintegration einfacher zu machen. Perowskit-Tandem-Solarzellen versprechen genau das — sie nutzen eine zusätzliche lichtaktiven Schicht, um spektrale Lücken herkömmlicher Siliziumzellen zu füllen. Gerade in Städten oder bei teuren Dachflächen kann das den Unterschied zwischen einer lohnenden und einer unwirtschaftlichen Anlage ausmachen.

Gleichzeitig stehen Hersteller und Forscher vor praktischen Aufgaben: Materialhaltbarkeit, Produktion in großen Flächen und Umweltrisiken sind Themen, die beeinflussen, ob Perowskit-Tandems bald in der Breite verfügbar sind. Der folgende Text erklärt, wie die Technik funktioniert, wo sie heute einsetzt wird, welche Chancen und Risiken bestehen und wie ein realistischer Zeitplan aussehen kann.

Perowskit-Tandem-Solarzellen bestehen aus mindestens zwei hintereinander geschalteten Schichten mit unterschiedlicher Lichtabsorption. Die obere Schicht besteht aus einem Perowskit-Material — einem kristallinen Halbleiter mit guter Lichtaufnahme bei blauen und grünen Wellenlängen. Die darunterliegende Schicht ist häufig Silizium, das besser rotes und infrarotes Licht nutzt. Gemeinsam erreichen beide Schichten höhere Wirkungsgrade als jede einzelne Schicht allein.

Ein Tandem nutzt das Sonnenlicht effizienter, weil jede Schicht einen Teil des Spektrums besonders gut verwertet.

Der technische Vorteil liegt darin, dass Verluste durch Thermalisierung (dass Photonen überschüssige Energie als Wärme verlieren) reduziert werden. Ein typisches Silizium-Modul landet im realen Betrieb oft bei rund 26–27 % Spitzenwirkungsgrad für einzelne Zellen im Labor; Perowskit/Si-Tandems erreichen in Laborwerten deutlich höhere Spitzenwerte — aktuell sind das rund 34,6 % (zertifizierter Laborwert, Stand: 2024).

Die Herstellung unterscheidet sich vom klassischen Siliziumprozess: Perowskite lassen sich in manchen Schritten bei niedrigeren Temperaturen auftragen, was neue Fertigungswege ermöglicht. Allerdings sind die Perowskit-Schichten empfindlicher gegenüber Feuchtigkeit, Hitze und UV-Licht als kristallines Silizium, weshalb Schutzschichten, Versiegelung und Materialoptimierung zentrale Forschungsfelder sind.

Wenn Zahlen in diesem Abschnitt genannt werden: Sie stammen aus Labor- und Zertifizierungsberichten; die Differenz zwischen Laborzelle und seriennahem Modul kann mehrere Prozentpunkte betragen, je nach Skalierung und Encapsulation.

Auf dem Dach eines Einfamilienhauses bedeutet ein höherer Wirkungsgrad konkret: Mehr Strom aus der gleichen Fläche und damit eine höhere Eigenverbrauchsquote. Für Mieter mit begrenztem Dachplatz oder Eigentümer von denkmalgeschützten Häusern, bei denen nur wenig Fläche nutzbar ist, können doppelt so viele Kilowattstunden pro Quadratmeter die Wirtschaftlichkeit verbessern.

Auch für städtische Photovoltaik-Anwendungen wie PV-Fassaden oder carports sind kompaktere Module vorteilhaft. In Solarparks bedeutet ein Effizienzsprung, dass weniger Fläche für dieselbe Strommenge benötigt wird — das reduziert Flächenkonflikte und Erschließungskosten.

Praktisch heißt das: Eine Anlage mit Tandem-Modulen kann die gleiche Jahresenergie mit etwa 10–20 % weniger Fläche erzeugen, je nach Standort und Modulverlusten. Der tatsächliche Vorteil hängt von der Sonneneinstrahlung, dem Neigungswinkel und den Modulverlusten beim Hochskalieren ab. Für Betreiber sind deshalb Ertragsprognosen und Schutzmaßnahmen gegen Feuchtigkeit besonders wichtig.

Im Alltag bemerkt der Nutzer die Technik kaum direkt: Das Ladekabel fürs Elektroauto lädt weiter, Kühlschränke laufen, und Überschüsse werden ins Netz eingespeist. Die Entscheidung für Tandem-Module wirkt sich aber auf Planung, Kosten und Wartung aus: Höhere Anfangskosten können durch höhere Erträge und Platzersparnis ausgeglichen werden.

Die große Chance ist klar: Mehr Effizienz auf begrenzter Fläche. Für Dächer mit wenig Platz, für Mieterstrommodelle oder für Regionen mit hohen Grundstückspreisen kann das ein entscheidender Vorteil sein. Auch Energieversorger und Projektentwickler sehen in Tandem-Modulen das Potenzial, den Flächenbedarf pro erzeugter Kilowattstunde zu reduzieren.

Auf der anderen Seite stehen Risiken, die die breite Einführung verzögern können. Perowskit-Materialien enthalten häufig Blei oder andere problematische Elemente; die Frage des Recyclings und Umgangs mit End-of-Life-Modulen ist deshalb nicht trivial. Zudem sind Perowskite sensibler gegenüber Feuchtigkeit und Hitze, was die Langlebigkeit beeinflusst. Forschungsdaten zeigen in einigen Tests deutliche Effizienzverluste nach mehreren hundert bis tausend Stunden unter beschleunigten Bedingungen; verbindliche Langzeitdaten für 20–30 Jahre wie bei Silizium gibt es noch nicht.

Hersteller versuchen, diese Risiken zu mindern: Verbesserte Versiegelungen, Alternative Materialien mit weniger problematischen Bestandteilen und Produktionsprozesse, die Modulverluste beim Skalieren minimieren. Gleichzeitig regeln Zertifizierungen und Zulassungen in verschiedenen Regionen, wie schnell neue Technologien auf den Markt kommen können. Für Käufer bleibt wichtig zu wissen, welche Garantien und Testdaten ein Hersteller vorlegt — das senkt das Risiko einer Fehlentscheidung.

In den kommenden Jahren dürften drei Entwicklungen den Markt entscheidend prägen: Verbesserung der Stabilität, industrielle Fertigung größerer Flächen und klare Recyclingkonzepte. Forschung und Industrie arbeiten parallel daran — Forschungslabore melden weiterhin Effizienzfortschritte, während Unternehmen Pilotlinien für die Serienproduktion aufbauen.

Ein realistischer Zeitrahmen für erste breitere Markteinführungen liegt in den nächsten 2–5 Jahren, beginnend mit Nischenmärkten, in denen Platzersparnis wichtig ist. Volle Marktdurchdringung für Standarddachanlagen erfordert zudem verlässliche Langzeitdaten und Produktionskosten, die mit Silizium konkurrieren. Preise könnten sinken, wenn Fertigungsprozesse skaliert sind; bis dahin werden Tandem-Module eher einen Premium-Bereich bedienen.

Für private Nutzer heißt das: Wer in den nächsten Jahren ein neues Dach plant, sollte Angebote mit Tandem-Optionen prüfen, dabei aber auf unabhängige Testdaten, Garantien und Recyclingkonzepte achten. Für Kommunen und Energieversorger bieten Tandems die Chance, höhere Erträge auf begrenzter Fläche zu erzielen — sofern politische Rahmenbedingungen und Normen diese neuen Technologien zulassen.

Perowskit-Tandem-Solarzellen stehen für einen klaren technischen Fortschritt: Sie nutzen das Sonnenlicht effizienter und bringen höhere Laborwirkungsgrade als einzelne Siliziumzellen. Das macht sie besonders attraktiv, wenn Platz knapp ist oder maximale Erträge pro Quadratmeter gefragt sind. Gleichzeitig sind Stabilität, Umweltaspekte und industrielle Fertigung zentrale Voraussetzungen für eine breite Nutzung. In den nächsten Jahren dürften Tandem-Module in Nischenmärkten sichtbar werden; der Schritt in die Massenproduktion hängt von verlässlichen Langzeittests, Skaleneffekten und klaren Recyclinglösungen ab.