Perowskit-Solarzellen gelten als große Hoffnung der Photovoltaik: Sie lassen sich wie eine Tinte auftragen und könnten – auf Siliziumzellen gestapelt – deutlich mehr Strom aus der gleichen Dachfläche holen. Ein bislang wenig beachtetes Problem steckt jedoch in der Herstellung: die Lösungsmittel. Ein Forschungsteam aus Dresden hat nun gezeigt, wie man gezielt weniger schädliche Alternativen findet. Wir erklären, worum es geht, warum das schwieriger ist, als es klingt, und was das für Ihr Dach bedeutet.
Was ist eigentlich ein Perowskit?
„Perowskit“ ist zunächst kein Material, sondern eine Kristallstruktur. Der Name geht auf ein Mineral (Calciumtitanat) zurück, das im 19. Jahrhundert im Ural entdeckt und nach dem russischen Mineralogen Lew Perowski benannt wurde. Für Solarzellen verwendet man heute künstlich hergestellte Verbindungen mit derselben Gitteranordnung, meist sogenannte Metall-Halogenid-Perowskite.
Ihr Bauplan folgt der Formel ABX3: Im Zentrum sitzt ein Metall-Ion (B, fast immer Blei), umgeben von sechs Halogenid-Ionen (X, etwa Iodid oder Bromid). In den Lücken dazwischen sitzt ein größeres Ion (A), zum Beispiel das organische Formamidinium oder Cäsium.
Gerade diese Austauschbarkeit macht Perowskite für die Photovoltaik so spannend: Über die Zusammensetzung lässt sich die Bandlücke einstellen – also die Mindestenergie, die ein Lichtteilchen mitbringen muss, um im Material Strom zu erzeugen. Damit kann man eine Perowskit-Schicht so „abstimmen“, dass sie vor allem das energiereiche blaue und grüne Licht nutzt und das rote sowie infrarote Licht an eine darunterliegende Siliziumzelle weiterlässt. Das ist das Prinzip der Tandemsolarzelle.
Kurz erklärt: Tandemsolarzelle
Eine Tandemsolarzelle besteht aus zwei übereinanderliegenden Zellen, die jeweils einen anderen Teil des Sonnenspektrums verwerten. Oben sitzt eine Schicht mit großer Bandlücke (z. B. Perowskit) für das energiereiche Licht, unten eine Zelle mit kleinerer Bandlücke (z. B. Silizium) für das langwellige Licht. So geht weniger Energie als Wärme verloren. Eine einzelne Siliziumzelle kann physikalisch höchstens rund 29,4 % des Sonnenlichts in Strom umwandeln – Tandemzellen haben diese Grenze im Labor bereits deutlich übertroffen.
Solarzellen aus der „Tinte“ – und wo das Problem liegt
Siliziumzellen entstehen aus hochreinen Kristallscheiben, für die Silizium bei über 1.400 °C geschmolzen wird. Perowskit-Schichten lassen sich dagegen bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen aus einer Lösung herstellen – ähnlich wie man eine Farbe aufträgt. Das spart Energie und könnte die Fertigung vereinfachen.
Der Ablauf in drei Schritten:
- Tinte ansetzen: Die Ausgangsstoffe – etwa Bleiiodid und ein organisches Salz – werden in einem Lösungsmittel gelöst.
- Beschichten: Die Lösung wird hauchdünn auf ein Glas oder direkt auf eine Siliziumzelle aufgetragen, im Labor oft per Schleuderbeschichtung, in der Industrie eher mit Schlitzdüsen oder Rakeln.
- Kristallisieren: Das Lösungsmittel verdampft, meist unterstützt durch Erwärmen. Dabei ordnen sich die Ionen zum Perowskit-Kristall – die eigentliche Solarschicht ist nur etwa einen halben bis einen Mikrometer dick, also rund hundertmal dünner als ein Haar.
Der Knackpunkt ist Schritt 1. In der Forschung haben sich vor allem zwei Lösungsmittel durchgesetzt: DMF (Dimethylformamid) und DMSO (Dimethylsulfoxid), oft als Mischung. DMF ist in der EU als fortpflanzungsgefährdend eingestuft. Seit dem 12. Dezember 2023 gilt nach der europäischen Chemikalienverordnung REACH eine Beschränkung: Mischungen mit mehr als 0,3 % DMF dürfen gewerblich nur noch eingesetzt werden, wenn strenge Grenzwerte für die Belastung der Beschäftigten nachweislich eingehalten werden. Für eine Fabrik, die viele Quadratmeter Solarzellen pro Stunde beschichtet und dabei große Mengen Lösungsmitteldampf freisetzt, bedeutet das erheblichen Aufwand für Absaugung, Arbeitsschutz und Abluftreinigung.
Warum man nicht einfach ein anderes Lösungsmittel nimmt
Ein geeignetes Lösungsmittel muss gleich mehrere, teils widersprüchliche Aufgaben erfüllen:
- Bleiiodid lösen: Bleiiodid ist in den meisten gängigen, harmlosen Flüssigkeiten wie Wasser oder Alkohol kaum löslich. Gute Lösungsmittel „umarmen“ das Blei-Ion chemisch: Ihre Moleküle besitzen Atome (etwa Sauerstoff oder Stickstoff) mit freien Elektronenpaaren, die sich an das Blei anlagern. Chemiker nennen solche Stoffe Lewis-Basen.
- Nicht zu fest halten: Bindet das Lösungsmittel zu stark, lässt es das Blei beim Trocknen nicht los, und es bleiben Fehlstellen oder unerwünschte Zwischenphasen im Kristall.
- Im richtigen Tempo verdampfen: Verdunstet es zu schnell, entstehen viele kleine, ungeordnete Kristalle; zu langsam, und die Schicht wird ungleichmäßig. Beides kostet Wirkungsgrad.
- Gut benetzen: Die Tinte muss sich gleichmäßig auf der Unterlage verteilen – bei Tandemzellen auf einer strukturierten Siliziumoberfläche.
Bisher wurde nach Alternativen meist durch Ausprobieren gesucht: Lösungsmittel mischen, Zellen bauen, messen, verwerfen. Das ist langsam und teuer. Ein seit Langem bewährtes Werkzeug der Chemie, um Löslichkeit vorherzusagen, sind sogenannte Löslichkeitsparameter. Sie beruhen auf der alten Faustregel „Gleiches löst sich in Gleichem“ und beschreiben jedes Molekül über die Stärke seiner Anziehungskräfte – etwa schwache Van-der-Waals-Kräfte, elektrische Polarität und Wasserstoffbrücken. Liegen Lösungsmittel und zu lösender Stoff in diesen Eigenschaften nahe beieinander, ist die Chance auf eine gute Lösung hoch.
Was das Dresdner Team gemacht hat
Forschende der Technischen Universität Dresden (Exzellenzcluster REC²), des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) und der Universidad Nacional del Sur in Argentinien haben ein Vorhersageverfahren entwickelt, das mehrere physikalische und chemische Modelle kombiniert. Die Autoren beschreiben es als „semi-empirisch“: Es verbindet bekannte Stoffkennwerte mit Berechnungen, um vielversprechende Lösungsmittel herauszufiltern, bevor sie im Labor getestet werden.
Die Leiterin der Gruppe, Prof. Yana Vaynzof, begründet den Ansatz damit, es habe „keinerlei Ansätze“ gegeben, „um das Problem giftiger Lösungsmittel systematisch anzugehen“ (zitiert nach der Pressemitteilung der Forschungseinrichtungen).
Das Ergebnis: Unter den aussichtsreichen Kandidaten fanden sich Stoffe, die in der Lebensmittelindustrie als Aromastoffe oder Zusatzstoffe eingesetzt werden. Die damit gefertigten Solarzellen erreichten laut den Forschenden vergleichbare Wirkungsgrade wie Referenzzellen, die mit den herkömmlichen, gesundheitsschädlichen Lösungsmitteln hergestellt wurden.
Einordnung der Studie: Die Arbeit ist begutachtet (peer-reviewed) und am 11. August 2026 in der Fachzeitschrift Energy & Environmental Science der Royal Society of Chemistry erschienen. Es handelt sich um Laborzellen auf kleinen Flächen, nicht um Module. Als nächste Schritte nennen die Forschenden die Recyclingfähigkeit und die Übertragung des Verfahrens auf andere Elektronik, die aus Lösungen hergestellt wird. Der eigentliche Wert der Arbeit liegt weniger in einer Rekordzahl als in der Methode: Sie macht die Suche nach sicheren Lösungsmitteln planbar.
Wo steht die Perowskit-Technik heute?
Bei den Wirkungsgraden haben Perowskite in wenigen Jahren aufgeholt, wofür Silizium Jahrzehnte gebraucht hat. Die ersten Perowskit-Solarzellen von 2009 wandelten nur knapp 4 % des Lichts in Strom um. Heute liegen bestätigte Laborwerte für einfache Perowskitzellen bei rund 27 %, für Perowskit-Silizium-Tandemzellen bei knapp 35 %.
Wie solche Rekordwerte überhaupt gemessen und bestätigt werden, haben wir in unserem Beitrag „Wie misst man einen Solar-Weltrekord?“ erklärt. Den aktuellen Rekord für Silizium-Rückkontaktzellen haben wir in „Rückkontakt-Solarzellen: Was hinter dem 28,29-%-Rekord steckt“ eingeordnet.
| Silizium (heutiger Standard) | Perowskit (einfach) | Perowskit-Silizium-Tandem | |
|---|---|---|---|
| Laborrekord Zelle | 28,29 % (Rückkontakt) | ca. 27 % | 34,85 % |
| Herstellung | Kristallscheiben, Hochtemperatur | aus Lösung, niedrige Temperatur | Siliziumzelle + Perowskit-Schicht |
| Langzeiterfahrung | Jahrzehnte, Garantien von 25 Jahren und mehr üblich | noch gering | erste Pilotfertigungen, wenig Felddaten |
| Größte Hürde | nahe an der physikalischen Grenze | Stabilität, Blei, Hochskalierung | Stabilität, Kosten, Großflächigkeit |
Die offenen Baustellen
- Stabilität: Perowskite reagieren empfindlich auf Feuchtigkeit, Wärme und UV-Licht; außerdem können Ionen im Kristall wandern. Ein Dachmodul muss aber Jahrzehnte im Freien überstehen. Hier liegt die größte Hürde.
- Großflächige Fertigung: Eine fehlerfreie Schicht auf wenigen Quadratmillimetern ist etwas anderes als auf einem ganzen Modul. Genau hier werden Lösungsmittel wichtig, denn sie bestimmen, wie gleichmäßig die Kristalle wachsen.
- Blei: Die Perowskit-Schicht enthält geringe Mengen Blei. Gute Verkapselung und ein funktionierendes Recycling sind deshalb Voraussetzung für einen breiten Einsatz.
- Arbeits- und Umweltschutz in der Fabrik: Diesen Punkt adressiert die Dresdner Arbeit direkt. Ungefährlichere Lösungsmittel machen eine Massenfertigung einfacher, sicherer und potenziell günstiger.
Was bedeutet das für Sie?
Für Hausbesitzer, die heute eine Photovoltaikanlage planen, ändert die Studie unmittelbar nichts. Sie ist ein Baustein auf dem Weg zu einer Technik, die frühestens in einigen Jahren in nennenswertem Umfang auf Hausdächern ankommen dürfte – realistisch eher gegen Ende des Jahrzehnts oder später, sofern die Haltbarkeit im Freien überzeugt. Belastbare Garantien und Langzeitdaten, wie man sie von Siliziummodulen kennt, gibt es für Perowskit-Tandemmodule noch nicht.
Praktisch heißt das:
- Warten lohnt sich in der Regel nicht. Moderne Siliziummodule (etwa TOPCon-, Heterojunction- oder Rückkontakt-Module) sind ausgereift und erzeugen ab dem ersten Tag Strom. Jedes Jahr ohne Anlage ist ein Jahr ohne eigenen Solarstrom.
- Die Fläche zählt. Tandemmodule werden vor allem dort interessant, wo die Dachfläche knapp ist und mehr Leistung pro Quadratmeter gebraucht wird.
- Nachhaltigkeit wird mitgedacht. Die Forschung kümmert sich nicht nur um Rekordwerte, sondern zunehmend um Fertigung, Arbeitsschutz und Recycling – ein gutes Zeichen für eine Technik, die einmal in großen Mengen produziert werden soll.
Wenn Sie wissen möchten, welche heutige Modul- und Speichertechnik zu Ihrem Dach passt, finden Sie einen Überblick auf unserer Seite Unsere Technik – oder Sie fordern ein unverbindliches Angebot an.
Quellen
- J. R. Bautista-Quijano, H. Heffner, V. V. Shilovskikh, B. Rivkin, I. López Corral, Y. Vaynzof: „A predictive approach for fabricating efficient perovskite solar cells using green solvents“, Energy & Environmental Science (Royal Society of Chemistry), online 11.08.2026, peer-reviewed, DOI: 10.1039/d6ee02509a
- „Forschung: Perowskit-Solarzellen umweltfreundlich herstellen“, Solarserver, 24.09.2026, solarserver.de
- „Wie Solarzellen umweltfreundlicher werden“, Sonnenseite (Pressemitteilung TU Dresden/IFW Dresden), September 2026, sonnenseite.com
- Verordnung (EU) 2021/2030 zur Beschränkung von N,N-Dimethylformamid (REACH Anhang XVII, Eintrag 76), gültig ab 12.12.2023; Übersicht: TÜV Rheinland, tuv.com
- J. Sherwood u. a.: „N,N-Dimethyl Formamide European Restriction Demands Solvent Substitution in Research and Development“, ChemSusChem, 2024, Wiley Online Library
- National Renewable Energy Laboratory (NREL): „Best Research-Cell Efficiency Chart“, nrel.gov
- Highest Perovskite Solar Cell Efficiencies (Update 2026), Fluxim, fluxim.com
- „Photovoltaik: Neuer Rekordwirkungsgrad von Longi“ (Messung ISFH Hameln), Solarserver, 24.09.2026, solarserver.de