Ein Forschungsteam aus Freiburg hat einen Weg gefunden, Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen vollständig ohne Lösungsmittel herzustellen. Das klingt zunächst nach einem Detail aus dem Labor. Für die Photovoltaik-Branche ist es mehr: ein Schritt, der zeigt, wie eine der vielversprechendsten Solarzellentechnologien der kommenden Jahre den Sprung in die industrielle Fertigung schaffen könnte.
Entwickelt hat den Prozess die Nachwuchsgruppe „Optoelektronische Dünnschichtmaterialien“ am Institut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH) der Universität Freiburg gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. Die Ergebnisse sind im Fachjournal Joule erschienen.
Warum Lösungsmittel bei Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen bislang ein Problem waren
Perowskit-Silizium-Tandemzellen kombinieren eine Siliziumzelle mit einer zusätzlichen Perowskitschicht und gelten als aussichtsreicher Kandidat für die nächste Generation hocheffizienter Solarzellen. Die gängigen Herstellungsverfahren nutzen dafür Lösungsmittel – mit drei wiederkehrenden Schwierigkeiten: Die Ausgangsmaterialien lassen sich nicht immer gut lösen, viele der verwendeten Lösungsmittel sind toxisch, und einzelne Prozessschritte lassen sich nur schwer aufeinander abstimmen. Wer eine Fertigung im großen Maßstab plant, muss all das im Griff haben.
Der neue Prozess: Verdampfen statt Lösen
Das Team um Mohamed A. A. Mahmoud und Dr. Juliane Borchert hat die Perowskitschicht stattdessen per physikalischer Gasphasenabscheidung (Physical Vapor Deposition, PVD) hergestellt – durch sequentielles Verdampfen der Ausgangsstoffe. Auch die übrigen Prozessschritte kommen ohne Lösungsmittel aus und sind, so das Forschungsteam, industriell skalierbar.
Um zu verstehen, wie sich die Kristallstruktur während der Abscheidung und des anschließenden Temperns bildet, hat das Team den Prozess mit In-situ-Röntgendiffraktometrie (XRD) begleitet – in Zusammenarbeit mit der Martin-Luther-Universität Halle. Zusätzlich untersuchten die Forschenden, wie die Oberflächenstruktur der Siliziumsubstrate die Bildung der Perowskitschicht beeinflusst. Beteiligt waren außerdem Gruppen der Universidad Pablo de Olavide in Sevilla, der King Abdullah University of Science and Technology in Saudi-Arabien sowie des ODTU-GÜNAM-Forschungszentrums in der Türkei.
Das Ergebnis: die weltweit erste vollständig lösungsmittelfrei hergestellte Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle.
Bedeutung für Industrie und Marktentwicklung
Für Unternehmen, die auf Photovoltaik als Zukunftstechnologie setzen, ist genau dieser Punkt entscheidend: Ein Laborverfahren nützt wenig, wenn es sich nicht in großem Maßstab und mit hohem Durchsatz reproduzieren lässt. Lösungsmittel bringen in der Massenfertigung zusätzliche Anforderungen an Arbeitsschutz, Entsorgung und Prozesskontrolle mit sich. Ein Verfahren, das darauf verzichtet, senkt diese Hürden spürbar.
Dr. Juliane Borchert bringt es so auf den Punkt: Damit Perowskit-Silizium-Tandemzellen den Sprung vom Labor in die industrielle Fertigung schaffen, braucht es die passende Kombination von Abscheidemethoden – zuverlässig, im großen Maßstab und mit hohem Durchsatz. Die vorgestellte Prozesskette liefert dafür eine Grundlage.
Praxisrelevanz für Unternehmen, Immobilienbesitzer und Investoren
Noch handelt es sich um Forschung, keine marktreife Serienfertigung. Trotzdem lohnt der Blick für alle, die mittelfristig in Photovoltaik investieren oder Gebäude mit Solartechnik ausstatten wollen. Tandemzellen sollen langfristig höhere Wirkungsgrade liefern als klassische Siliziumzellen allein. Fortschritte bei der Fertigung wie dieser wirken sich direkt darauf aus, wie schnell und wie günstig sich solche Zellen später produzieren lassen.
Zukunftsperspektive
Die in-situ-Messungen liefern dem Forschungsteam detaillierte Erkenntnisse über die Kristallisationsprozesse während der Verdampfung – eine Grundlage für die weitere Optimierung der Technologie. Bis Perowskit-Silizium-Tandemzellen in Serie gefertigt werden, sind weitere Entwicklungsschritte nötig. Die internationale Zusammenarbeit zwischen Freiburg, Halle, Sevilla, Saudi-Arabien und der Türkei zeigt aber, mit welchem Tempo an dieser Fragestellung gearbeitet wird.
Finanziert wurde die Forschung von der Vector Stiftung, der Deutschen Forschungsgemeinschaft, dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie sowie dem spanischen Ministerium für Universitäten.
Quellen: Pressemitteilung der Universität Freiburg; Mahmoud, M. A. A. et al., Joule (2026), cell.com/joule
