„Neuer Weltrekord!“ – solche Meldungen über Solarzellen lesen Sie fast jeden Monat. Doch wer entscheidet eigentlich, ob ein Rekord gilt, und was haben 34 Prozent Wirkungsgrad im Labor mit dem Modul auf Ihrem Dach zu tun? Anlass für einen Blick hinter die Kulissen ist ein Jubiläum: Das Kalibrierlabor des Fraunhofer ISE hat in 40 Jahren 152 Rekorde bestätigt.
40 Jahre, 152 Rekorde: das CalLab in Freiburg
Seit 1986 misst das Kalibrierlabor („CalLab“) des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg Solarzellen, seit 1991 auch ganze Photovoltaik-Module. Mitte September 2026 zog das Institut Bilanz: 152 der dort gemessenen Ergebnisse waren neue Rekorde, 86 davon bei Solarzellen und 66 bei Modulen.
Der erste Rekord stammt aus dem Jahr 1992: ein kleines Silizium-Modul mit 16,4 Prozent Wirkungsgrad. Das jüngste Rekordmodul erreicht 34,4 Prozent. Es besteht allerdings nicht aus Silizium, sondern aus sogenannten III-V-Dreifachzellen, die ursprünglich für Satelliten entwickelt wurden (mehr dazu unten). Beim klassischen Silizium lag der beste im CalLab gemessene Modulwert 2025 bei 26,2 Prozent. Laut Fraunhofer ISE sind großflächige Silizium-Module damit schon nahe an der physikalischen Grenze dieses Materials.
Bemerkenswert für unsere Region: Auch das Institut für Solarenergieforschung (ISFH) mit Sitz in Emmerthal bei Hameln betreibt ein anerkanntes Kalibrierlabor, das ISFH CalTeC. Es ist seit 2016 für die Kalibrierung von Silizium-Solarzellen akkreditiert und hat nach eigenen Angaben bereits 27 Weltrekord-Siliziumzellen vermessen. 2026 hat das ISFH seine Messtechnik so erweitert, dass es auch großformatige Perowskit-Silizium-Tandemzellen bis zum Waferformat G12 (210 mm Kantenlänge) kalibrieren kann.
Wer entscheidet, was ein Rekord ist?
Ein Forschungsteam kann seinen eigenen Wirkungsgrad nicht einfach selbst zum Weltrekord erklären. Maßgeblich sind die „Solar Cell Efficiency Tables“, eine Übersicht, die seit 1993 zweimal im Jahr in einer begutachteten (peer-reviewed) Fachzeitschrift erscheint. Die aktuelle Version 68 wurde im Juli 2026 in der Zeitschrift Joule veröffentlicht. Aufgenommen werden nur Ergebnisse, die bestimmte Regeln erfüllen:
- Unabhängige Messung: Ein anerkanntes Testzentrum muss den Wert bestätigen. Dazu zählen unter anderem das Fraunhofer ISE, das ISFH, das europäische Testlabor ESTI, das japanische AIST und das US-Forschungszentrum NLR (bis Ende 2025 bekannt als NREL).
- Mindestfläche: Solarzellen unter normalem Sonnenlicht müssen mindestens 1 cm² groß sein, Module mindestens 800 cm². Winzige Testflächen von wenigen Quadratmillimetern zählen in dieser Kategorie nicht.
- Einheitliche Bedingungen: Gemessen wird unter genormtem Licht und bei festgelegter Temperatur (siehe Kasten).
Eine zweite bekannte Referenz ist die Rekordgrafik des US-Forschungszentrums NLR, die alle bestätigten Zellrekorde seit 1976 zeigt. Wenn Sie in einer Meldung „Weltrekord“ lesen, lohnt sich die Frage: Hat ein unabhängiges Labor gemessen, und wie groß war die Fläche?
Kurz erklärt: Standard-Testbedingungen (STC)
Damit Solarzellen und Module weltweit vergleichbar sind, werden sie unter festgelegten „Standard Test Conditions“ gemessen: eine Einstrahlung von 1.000 Watt pro Quadratmeter, eine Zelltemperatur von 25 °C und ein Lichtspektrum, das der Sonne bei klarem Himmel und schrägem Einfall entspricht (Fachkürzel AM1.5G, festgelegt in der Norm IEC 60904-3). Auch die Watt-Peak-Angabe (Wp) auf dem Datenblatt Ihres Moduls bezieht sich auf diese Bedingungen. Auf dem Dach herrschen sie nur selten.
So läuft eine Rekordmessung ab
Im Kalibrierlabor ersetzt ein Sonnensimulator die echte Sonne. Das ist eine Lampenanlage, deren Licht in Stärke und Farbzusammensetzung dem Normspektrum möglichst genau entspricht. Der Prüfling liegt auf einem temperierten Messtisch, der ihn auf 25 °C hält.
1. Die Lichtstärke muss exakt stimmen
Wie hell das Licht wirklich ist, bestimmt das Labor mit einer Referenzzelle. Deren Messwert ist über eine lückenlose Kette von Vergleichsmessungen auf ein Primärnormal zurückgeführt, ähnlich wie ein geeichtes Maßband auf das Urmeter. Weil jede Zelle auf die Farben des Lichts etwas anders reagiert, messen die Labore zusätzlich die spektrale Empfindlichkeit des Prüflings und rechnen kleine Abweichungen zwischen Lampen- und Normspektrum heraus.
2. Die Kennlinie wird aufgenommen
Dann fährt das Messgerät die Spannung am Prüfling von null bis zur sogenannten Leerlaufspannung durch und misst dabei den Strom. So entsteht die Strom-Spannungs-Kennlinie. Auf ihr gibt es genau einen Punkt, an dem das Produkt aus Strom und Spannung, also die Leistung, am größten ist: den MPP (Maximum Power Point, Punkt maximaler Leistung). Der Wirkungsgrad ist diese Höchstleistung geteilt durch die Lichtleistung, die auf die Fläche fällt.
3. Die Fläche wird nachgemessen
Klingt banal, ist aber wichtig: Ein Zehntelmillimeter Fehler am Rand einer 1-cm²-Zelle verfälscht das Ergebnis messbar. Die Labore vermessen deshalb die beleuchtete Fläche selbst und geben an, ob sie sich auf die Gesamtfläche, die Öffnung (Apertur) oder eine festgelegte Beleuchtungsfläche bezieht.
Wie genau ist das?
Das CalLab PV Modules des Fraunhofer ISE hat seine Messunsicherheit für Module bereits 2020 auf 1,1 Prozent gesenkt, bei einer Wiederholgenauigkeit von 0,2 Prozent. Das hat auch eine wirtschaftliche Seite: Das Institut rechnete damals vor, dass ein Prozent Messunsicherheit bei rund 100 Gigawatt Jahresproduktion einem Gigawatt „unsicherer“ Modulleistung entspricht.
Warum Tandemzellen das Messen schwieriger machen
Silizium kann aus physikalischen Gründen nur einen Teil des Sonnenlichts nutzen. Photonen (Lichtteilchen) mit zu wenig Energie gehen einfach durch, bei energiereichem blauem Licht geht der Überschuss als Wärme verloren. Deshalb stapeln Forschende mehrere Halbleiterschichten übereinander, die jeweils einen anderen Teil des Spektrums verarbeiten, etwa eine Perowskit-Schicht auf einer Siliziumzelle. Solche Tandemzellen erreichen im Labor bereits 35,2 Prozent auf 1 cm².
Für das Messlabor bedeutet das mehr Aufwand. Die Teilzellen sind in Reihe geschaltet, und die schwächere bestimmt den Strom. Stimmt die Farbverteilung des Lampenlichts nur leicht nicht, bekommt eine Teilzelle „zu viel“ Licht ab und das Ergebnis fällt zu gut oder zu schlecht aus. Das Fraunhofer ISE nutzt dafür inzwischen einen Multispektral-Simulator, dessen Lichtfarben sich einzeln einstellen lassen. Hinzu kommt, dass Perowskit-Zellen ihre Leistung während der Messung verändern können. Die Fachleute sprechen von Metastabilität und brauchen dafür eigene Messprotokolle. Das ISFH nennt genau diese Punkte, also spektrale Anpassung, Temperaturstabilität und Metastabilität, als Kern seiner erweiterten Tandem-Kalibrierung.
Rekord ist nicht gleich Rekord
Die Zahlen in den Schlagzeilen stammen aus ganz unterschiedlichen Kategorien. Die aktuell effizienteste Solarzelle überhaupt, eine Vierfachzelle aus sogenannten III-V-Halbleitern (Verbindungen wie Galliumarsenid), erreicht 47,6 Prozent, allerdings unter 665-fach gebündeltem Sonnenlicht. Das 34,4-Prozent-Modul von 2026 ist 833 cm² groß und nutzt III-V-Dreifachzellen aus der Raumfahrt. Beide Techniken sind für das Hausdach viel zu teuer. Sie zeigen aber, was physikalisch möglich ist.
Für Ihr Dach sind die grauen Balken maßgeblich. Laut dem Photovoltaics Report des Fraunhofer ISE lag der durchschnittliche Wirkungsgrad kristalliner Silizium-Module der großen Hersteller Ende 2024 bei 22,7 Prozent, das beste Serienmodul bei 24,8 Prozent. Vor zehn Jahren waren es noch rund 17 Prozent. Moderne n-Typ-Zelltechniken wie TOPCon und Heterojunction haben dabei die ältere PERC-Technik weitgehend abgelöst. Zwischen Laborrekord und Serienmodul liegen typischerweise einige Jahre und mehrere Prozentpunkte, denn ein Modul hat Randflächen, Zellzwischenräume, Verbinder und Glas, die eine einzelne Laborzelle nicht hat.
Vom Labor aufs Dach: Was das Datenblatt verrät
Auch jedes Serienmodul wird am Ende der Produktion kurz unter einem Sonnensimulator „geblitzt“, und zwar unter denselben Standard-Testbedingungen. Daraus stammt die Leistungsangabe auf dem Typenschild. Viele Hersteller garantieren dabei eine positive Leistungstoleranz, etwa 0 bis +5 Watt: Das Modul liefert unter STC also mindestens die angegebene Leistung.
Auf dem Dach werden die Zellen in der Sonne jedoch deutlich wärmer als 25 °C, und Wärme kostet Leistung. Wie viel, verrät der Temperaturkoeffizient im Datenblatt. Ein Beispiel aus dem Datenblatt eines aktuellen TOPCon-Moduls:
| Kennwert | Wert im Beispiel | Bedeutung |
|---|---|---|
| Temperaturkoeffizient Leistung (Pmax) | −0,29 %/K | pro Grad wärmer rund 0,3 % weniger Leistung |
| Temperaturkoeffizient Spannung (Voc) | −0,25 %/K | Spannung sinkt bei Wärme, steigt bei Kälte |
| Temperaturkoeffizient Strom (Isc) | +0,046 %/K | Strom steigt minimal mit der Temperatur |
| Betriebstemperatur (NMOT) | 42 ± 2 °C | typische Zelltemperatur bei 800 W/m², 20 °C Luft, 1 m/s Wind |
Physikalisch steckt dahinter die sogenannte Bandlücke. Das ist die Energieschwelle, die ein Elektron im Halbleiter überwinden muss, um Strom leiten zu können. Mit steigender Temperatur wird sie etwas kleiner, und im Kristall entstehen mehr thermisch angeregte Ladungsträger. Die Spannung der Zelle sinkt dadurch, bei Silizium um grob 2 Millivolt pro Grad und Zelle. Der Strom steigt zwar leicht, weil nun auch etwas energieärmeres Licht genutzt werden kann, aber unterm Strich überwiegt der Spannungsverlust.
Deshalb liefern Module an kühlen, klaren Frühlingstagen oft besonders gute Werte, während an heißen Hochsommertagen trotz strahlender Sonne ein Teil der Leistung „verdampft“. Eine gute Hinterlüftung der Module hilft, die Zelltemperatur niedriger zu halten.
Was bedeutet das für Sie?
- Rekordmeldungen richtig einordnen: Ein Laborrekord auf 1 cm² ist ein wichtiger Forschungsschritt, aber kein Produkt. Bis eine neue Zelltechnik zuverlässig und bezahlbar im Serienmodul steckt, vergehen in der Regel Jahre. Auf ein „Wundermodul“ zu warten, lohnt sich deshalb selten.
- Datenblätter vergleichen: Neben Wirkungsgrad und Nennleistung sind der Temperaturkoeffizient der Leistung, die Leistungstoleranz und die NMOT-Angabe aussagekräftig. Ein um 0,05 %/K besserer Koeffizient macht sich vor allem an heißen Sommertagen bemerkbar.
- Kälte im Blick behalten: Weil die Modulspannung bei Frost steigt, muss die Anlagenplanung sicherstellen, dass ein Modulstrang auch an sehr kalten Tagen die zulässige Eingangsspannung des Wechselrichters nicht überschreitet. Das ist Teil einer sorgfältigen Auslegung.
- Der Wechselrichter misst mit: Was im Labor die Kennlinienmessung ist, macht auf dem Dach der MPP-Tracker im Wechselrichter, und zwar laufend. Er sucht bei jeder Temperatur und jeder Wolke erneut den Punkt maximaler Leistung. Mehrere unabhängige MPP-Tracker sind sinnvoll, wenn Module auf verschiedenen Dachflächen liegen.
Wie wir Module und Wechselrichter aufeinander abstimmen, lesen Sie auf unserer Seite zu den SolaX-Wechselrichtern. Für eine konkrete Planung Ihres Dachs können Sie gern ein Angebot anfordern.
Quellen
- „152 Solar Records Measured in 40 Years: Fraunhofer ISE’s CalLab Celebrates Anniversary“, Fraunhofer ISE, Pressemitteilung, 16.09.2026, ise.fraunhofer.de
- M. A. Green et al.: „Solar cell efficiency tables: Version 68“, Joule (peer-reviewed), 15.07.2026, DOI 10.1016/j.joule.2026.102494, sciencedirect.com
- „Photovoltaics Report“, Fraunhofer ISE, Stand 14.07.2026, ise.fraunhofer.de
- „Fraunhofer ISE Develops the World’s Most Efficient Solar Cell with 47.6 Percent Efficiency“, Fraunhofer ISE, Pressemitteilung, 30.05.2022, ise.fraunhofer.de
- „Fraunhofer ISE’s CalLab PV Modules Improves Measurement Uncertainty to Record Value of 1.1 %“, Fraunhofer ISE, Pressemitteilung, 08.05.2020, ise.fraunhofer.de
- „Fraunhofer ISE raises its solar module efficiency record to 34.4%“, Semiconductor Today, Juni 2026, semiconductor-today.com
- „ISFH erweitert Kalibrierdienstleistungen für Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen“, Solarserver, 07.07.2026, solarserver.de
- „ISFH CalTeC – PV calibration & solar metrology“, ISFH, isfh.de
- „Best Research-Cell Efficiency Chart“, NLR (ehemals NREL), nlr.gov
- „Energy Department Renames NREL ‚National Lab of the Rockies‘“, U.S. Department of Energy, Dezember 2025, energy.gov
- „Effect of Temperature“, PVEducation (Lehrmaterial zur Solarzellenphysik), pveducation.org
- Datenblatt eines monofazialen n-Typ-TOPCon-Moduls (Modulhersteller AE Solar, Version 24.5.1), ae-solar.com