Erneuerbare Energien

Warum du diese Solarzelle kennen musst – Forscher brechen Leistungsgrenze bei Flex-PV

von Artisan Baumeister · 22. April 2025

Ein bahnbrechendes Verfahren optimiert erstmals die Haftung der Perowskit-Schicht auf CIGS-Substraten, wodurch flexible Tandem-Solarzellen mit 24,6 % Effizienz und hoher Biegefestigkeit möglich werden. Die Schlüsseltechnologie: Antisolvent-Seeding. Dieser Artikel erklärt, wie sie funktioniert – und warum sie für die PV von morgen entscheidend ist.

Inhaltsübersicht

Einleitung
Was genau bewirkt Antisolvent-Seeding auf der chemischen Ebene?
Warum dieses Verfahren Stabilität, Biegefestigkeit – und Vertrauen verdient
Markttauglich oder Laborblase? Das Potenzial rollbarer Hochleistungs-PV
Fazit

Einleitung

Flexible Solarzellen versprechen leicht integrierbare Stromquellen – ob auf Gebäudefassaden oder mobilen Geräten. Doch bislang scheiterten viele Ansätze an mangelnder Haltbarkeit und niedriger Effizienz. Jetzt legt ein Forschungsteam der Chinesischen Akademie der Wissenschaften nach: Mit einer sogenannten Antisolvent-Seeding-Methode haben sie das größte Problem gelöst – die schlechte Haftung der oberen Perowskit-Schicht auf der rauen CIGS-Struktur. Das Ergebnis? Eine flexible Tandem-Solarzelle, die nicht nur zertifizierte 23,8 % (stabilisierte 24,6 %) Effizienz erreicht, sondern auch 3.000 Biegezyklen fast ohne Leistungsverlust übersteht. In diesem Artikel klären wir, wie das Verfahren technisch funktioniert, worin es sich von bisherigen Methoden unterscheidet und warum es für preiswerte, robuste PV-Systeme der Zukunft elementar sein könnte.

Was genau bewirkt Antisolvent-Seeding auf der chemischen Ebene?

Antisolvent-Seeding ist kein spektakuläres Buzzword, sondern ein kontrolliertes chemisches Verfahren – mit verblüffender Wirkung auf die Effizienz und Stabilität flexibler Solarmodule. Im Zentrum steht dabei das gezielte Einwirken zweier entgegengesetzter Lösungsmitteltypen auf eine dünne Perowskit-Schicht.

Die Basis: polare vs. unpolare Lösungsmittel

In einem ersten Schritt wird ein hochpolares Lösungsmittel eingesetzt, das dafür sorgt, dass sich keine ungewollten Cluster in der Schichtoberfläche bilden. Warum ist das wichtig? Weil diese Ansammlungen verhindern würden, dass sich eine saubere, gleichmäßige Zwischenschicht – eine sogenannte SAM (self-assembling monolayer) – entwickeln kann. Und genau diese einlagige Molekülstruktur ist der Schlüssel: Sie dockt chemisch sauber am CIGS-Substrat an und fördert dadurch die Perowskit-Haftung.

Im nächsten Schritt kommt das unpolare Antisolvent ins Spiel. Es „sät“ – daher der Name – eine kontrollierte Kristallisierung, indem es das Lösungsmittel verdrängt und eine gleichförmige Kristallbildung der Perowskit-Struktur fördert. Kurz: Es erzwingt Ordnung auf molekularer Ebene.

Warum das die Performance treibt

Diese geordnete Struktur ist Grundvoraussetzung für geringe Rekombinationsverluste und eine saubere Bandlückenanpassung zwischen den Schichten. Das verbessert die elektrische Leitfähigkeit und verhindert, dass wertvolle Sonnenenergie als Wärme verpufft. Für die Perowskit/CIGS Tandemzelle bedeutet das: höhere solareffizienz, stabilere Übergänge, weniger Materialermüdung – und vor allem: bessere Biegefestigkeit bei gleichzeitig industrieller Skalierbarkeit (z. B. Roll-to-Roll Solarzellen).

Wer also wissen will, warum Chinas PV-Technik hier gerade weltweit Standards verschiebt, muss genau hier hinschauen.

Warum dieses Verfahren Stabilität, Biegefestigkeit – und Vertrauen verdient

Die Berichtszahl spricht für sich: 24,6 % solareffizienz auf einem flexiblen Unterbau ist bislang unerreicht im Bereich flexibler Tandem-Solarzellen. Aber dieser Wert wäre nur eine Momentaufnahme, wenn er nicht durch beeindruckende Langzeit- und Biegefestigkeit flankiert würde. Genau hier liefert das Antisolvent-Seeding-Verfahren.

Tests zeigen: Nach 320 Stunden Dauerbetrieb bleiben über 90 % der Ausgangsleistung erhalten. Auch nach 3.000 Biegezyklen bricht das System nicht ein – ein kritischer Benchmark für flexible Solarmodule, etwa in tragbarer Photovoltaik oder gebäudeintegrierter Fläche. Zum Vergleich: Aktuelle Perowskit/Perowskit– oder Perowskit/Silizium-Zellen auf starren Substraten erreichen zwar ähnliche Effizienzwerte – verlieren aber bei Bewegung oder thermischer Belastung oft frühzeitig an Leistung.

Der Grund liegt in der verbesserten Haftung dank Antisolvent-Seeding. Die gezielt eingesetzten Lösungsmittel – hochpolar zur Verhinderung von Agglomeraten, niedrigpolar für glatte SAM-Schichten – schaffen eine homogene Übergangszone zwischen der Perowskit- und CIGS-Schicht. Das minimiert mechanische Spannungen und verbessert die Wärmeausdehnungskompatibilität. Einfach gesagt: Die Schichten arbeiten miteinander, statt gegeneinander.

Die Forschung dazu wurde Ende 2023 in Nature Energy publiziert – und setzt einen neuen Standard für Perowskit/CIGS Technologie. Vor allem die Kombination von Biegefestigkeit, Effizienz und prozesskompatibler Chemie macht Hoffnung auf robuste Roll-to-Roll Solarzellen aus China, die das Vertrauen verdienen – nicht nur im Labor, sondern im Feld.

Markttauglich oder Laborblase? Das Potenzial rollbarer Hochleistungs-PV

Die Effizienz von 24,6 % auf flexiblem Untergrund ist nicht nur beeindruckend – sie zwingt Industrie und Forschung, die Reife der Perowskit/CIGS Technologie neu zu bewerten. Doch lässt sich ein Verfahren wie Antisolvent-Seeding, das unter kontrollierten Laborbedingungen exzellente Ergebnisse liefert, auch in industrielle Roll-to-Roll Solarzellen-Herstellung überführen? Die Antwort ist ein vorsichtiges: vielleicht.

Skalierbarkeit hängt von chemischer Toleranz ab – also davon, wie reproduzierbar sich die optimierten Selbst-assembling Monolayers bei industriellen Temperaturen, Tinten und Substraten bilden. Erste Analysen zeigen, dass die Methode gute Voraussetzungen mitbringt: Die Kombination aus hochpolaren und niedrigpolaren Lösungsmitteln sorgt für gleichmäßige Schichtübergänge, eine zentrale Voraussetzung für funktionierende Rollprozesse. Noch fehlt jedoch der datenbasierte Nachweis für liniensichere Toleranzen auf großen Bahnbreiten.

Anwendungen: mehr als nur futuristischer Fassadenschmuck

Gebäudeintegrierte Photovoltaik: Durch ihre Flexibilität lassen sich solche Module in Dachbögen, Fassadenelemente oder Fensternischen integrieren – ohne massive Trägersysteme wie bei starren Siliziumzellen.
Tragbare Energieversorgung: Für Notfallausrüstungen, mobile Sensorstationen oder Wearables könnten die neuen flexiblen Solarmodule enorme Vorteile bringen – leicht, biegbar, leistungsstark.

Was bleibt zu prüfen?

Die gemessene Biegefestigkeit der Solarzellen – über 90 % Effizienzretention nach 3.000 Beugezyklen – ist stark. Aber die große Unbekannte bleibt die Alterung. Temperaturzyklen, Feuchtigkeit, UV-Belastung: Solche Dauertests fehlen noch. Ohne sie bleibt offene Praxisreife. Gegen die etablierten Silizium-Module punkten Perowskit/CIGS-Zellen bereits heute mit potenziell günstigerer Fertigung – entscheidend wird, wann Produktionssicherheit und Lebensdauer nachziehen.

Fazit

Die Antisolvent-Seeding-Methode ist mehr als nur ein chemisches Detail – sie könnte ein Meilenstein für die flexible Photovoltaik sein. Mit beeindruckender Leistung und mechanischer Robustheit erreichen die flexiblen Perowskit/CIGS-Tandemzellen Werte, die bislang undenkbar schienen. Ihre Skalierbarkeit erlaubt Hoffnung auf industrielle Anwendung. Doch entscheidend wird sein, ob sich diese Technologie dauerhaft unter realen Bedingungen behaupten kann. Die Energiezukunft verlangt nach Lösungen, die effizient UND belastbar sind – genau dort liefert Antisolvent-Seeding jetzt eine konkrete Perspektive. Nun liegt es an der Industrie, den nächsten Schritt zu gehen.

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