Fast jede Woche meldet irgendein Labor einen neuen Wirkungsgrad-Rekord für Solarzellen. Doch wer misst eigentlich nach, ob die Zahl stimmt – und warum steht auf dem Datenblatt Ihres Moduls ein ganz anderer Wert? Wir schauen in die Kalibrierlabore, in denen über Rekorde entschieden wird, und erklären, was diese Messungen für Ihre Anlage auf dem Dach bedeuten.
Ein Rekord zählt nur, wenn ihn jemand anderes misst
Ein Forschungsteam kann eine Solarzelle im eigenen Labor messen, so oft es will – als offizieller Rekord gilt das Ergebnis erst, wenn ein unabhängiges, anerkanntes Prüflabor den Wert bestätigt hat. Weltweit gibt es dafür nur eine Handvoll Einrichtungen. Das US-amerikanische National Renewable Energy Laboratory (NREL) nennt in seinem bekannten Rekord-Diagramm, das bis ins Jahr 1976 zurückreicht, unter anderem das eigene Labor, das japanische AIST, das Gemeinsame Forschungszentrum der EU (JRC-ESTI) und das Fraunhofer ISE in Freiburg.
Ein zweites deutsches Labor liegt praktisch vor unserer Haustür: Das Kalibrier- und Testzentrum (CalTeC) des Instituts für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) in Emmerthal ist nach eigenen Angaben seit 2016 für die Kalibrierung von Silizium-Solarzellen akkreditiert und seit 2018 befugt, Wirkungsgrade unabhängig zu bestätigen. Bis heute hat es 27 Silizium-Zellen mit Weltrekord-Wirkungsgrad verifiziert – darunter die Rückkontaktzelle mit 28,29 Prozent, über die wir im September berichtet haben.
Das Kalibrierlabor „CalLab“ des Fraunhofer ISE wiederum blickt in diesem Herbst auf 40 Jahre zurück: Seit 1986 misst es Solarzellen, seit 1991 auch ganze Module. In dieser Zeit hat es laut einer Pressemitteilung vom September 152 Rekorde bestätigt – 86 bei Zellen und 66 bei Modulen. Der erste war 1992 ein kleines Silizium-Modul mit 16,4 Prozent Wirkungsgrad. Zum Vergleich: Das letzte am Institut gemessene Silizium-Rekordmodul kam 2025 auf 26,2 Prozent.
Die Spielregeln: Standard-Testbedingungen
Damit Messwerte aus Freiburg, Hameln, Colorado oder Tokio vergleichbar sind, wird immer unter denselben Bedingungen gemessen. Diese Standard-Testbedingungen (englisch Standard Test Conditions, kurz STC) kennen Sie vielleicht vom Moduldatenblatt:
- Bestrahlungsstärke 1.000 W/m²: Das entspricht etwa kräftiger Mittagssonne bei klarem Himmel.
- Zelltemperatur 25 °C: Gemeint ist die Temperatur der Zelle selbst, nicht die Lufttemperatur.
- Spektrum AM 1,5: Die Farbzusammensetzung des Lichts ist international genormt (IEC 60904-3).
Kurz erklärt: AM 1,5 und Kalibrierung
AM steht für „Air Mass“, also die Luftmasse, die das Sonnenlicht auf dem Weg zum Boden durchquert. Steht die Sonne senkrecht über uns, ist das AM 1. Bei AM 1,5 legt das Licht den 1,5-fachen Weg durch die Atmosphäre zurück; das entspricht einem Sonnenstand von rund 42 Grad über dem Horizont. Dabei werden bestimmte Farben stärker herausgefiltert – das Spektrum ändert sich.
Kalibrierung bedeutet, ein Messgerät mit einem genaueren Vergleichsnormal abzugleichen. Lässt sich diese Kette lückenlos bis zu einem nationalen Normal zurückverfolgen, spricht man von Rückführbarkeit.
Wie die Messung abläuft
Echte Sonne ist für eine Präzisionsmessung ungeeignet: Wolken, Dunst und Sonnenstand ändern sich ständig. Deshalb arbeiten die Labore mit Sonnensimulatoren – Lampensystemen, deren Licht dem genormten Spektrum möglichst genau entspricht. Wie hell dieses Kunstlicht tatsächlich ist, wird nicht mit einem gewöhnlichen Belichtungsmesser bestimmt, sondern mit einer Referenzzelle: einer Solarzelle, deren Verhalten genau bekannt ist, weil sie selbst wiederum gegen ein noch genaueres Normal kalibriert wurde.
Ist der Simulator eingestellt, wird die Zelle auf 25 °C temperiert, elektrisch kontaktiert und ihre Strom-Spannungs-Kennlinie aufgenommen. Dabei wird die Spannung schrittweise verändert und jeweils der Strom gemessen. Das Produkt aus beiden ist die Leistung. An einem Punkt der Kurve ist sie am größten – dem MPP (Maximum Power Point, Punkt maximaler Leistung). Genau diesen Punkt sucht übrigens auch der Wechselrichter Ihrer PV-Anlage ständig, wie wir im Beitrag über Verschattung und MPP-Tracker erklärt haben.
Der Wirkungsgrad ergibt sich dann aus einer einfachen Division: maximale elektrische Leistung geteilt durch die eingestrahlte Lichtleistung, also Bestrahlungsstärke mal Fläche. Klingt einfach – der Teufel steckt aber im Detail.
Die Fläche: kleine Zahl, große Wirkung
Schon die Frage, welche Fläche zählt, entscheidet über Zehntelprozentpunkte. Gilt die gesamte Zelle samt Rand? Nur der Bereich, der durch eine Lochblende (Apertur) beleuchtet wird? Die Labore vermessen die Fläche deshalb selbst und geben genau an, welche Definition sie verwendet haben. NREL nennt für sein Diagramm entweder die Gesamtfläche der Zelle oder die durch eine Apertur festgelegte Fläche.
Auch die Größe der Zelle spielt eine Rolle: Viele Rekorde entstehen auf Flächen von etwa einem Quadratzentimeter. Auf so kleinen Stücken lassen sich Material und Prozess viel besser kontrollieren als auf einem Wafer von 21 Zentimetern Kantenlänge, wie er in heutigen Modulen steckt.
Die Unsicherheit wird immer mitgeliefert
Kein Messwert ist perfekt. Jedes Glied der Kette – Normal, Referenzzelle, Simulator, Temperatur, Fläche – bringt eine kleine Unsicherheit mit. Seriöse Labore rechnen diese Beiträge zusammen und geben sie mit dem Ergebnis an. Ein neuer Rekord ist deshalb nur dann wirklich ein Fortschritt, wenn er den alten deutlich genug übertrifft.
Das Rekordbuch der Photovoltaik
Bestätigte Rekorde landen in den „Solar Cell Efficiency Tables“, die seit 1992 regelmäßig in der begutachteten Fachzeitschrift Progress in Photovoltaics erscheinen – inzwischen in der 68. Ausgabe. Aufgenommen wird dort nur, was ein anerkanntes Labor unter Standardbedingungen bestätigt hat. Daneben pflegt NREL sein Diagramm der „Best Research-Cell Efficiencies“, das die Entwicklung von rund 28 Zelltechnologien seit 1976 zeigt.
Der Unterschied zwischen einem solchen bestätigten Rekord und einer bloßen Pressemitteilung ist wichtig: Behauptet ein Unternehmen oder Institut einen Spitzenwert ohne unabhängige Bestätigung, ist er mit Vorsicht zu genießen.
| Was wurde gemessen? | Wirkungsgrad | Einordnung |
|---|---|---|
| Typisches Serienmodul auf dem Hausdach | ca. 21–24 % | gerundeter Marktwert, je nach Zelltechnik |
| Silizium-Rekordmodul (2025, Fraunhofer ISE gemessen) | 26,2 % | großflächiges Modul |
| Silizium-Rekordzelle, Rückkontakt (ISFH bestätigt) | 28,29 % | einzelne Zelle |
| Perowskit-Silizium-Tandemzelle (Labor) | über 34 % | Fläche ca. 1 cm² |
| Vierfach-Solarzelle aus III-V-Halbleitern (2022) | 47,6 % | unter stark konzentriertem Sonnenlicht, nicht für Hausdächer |
Für Silizium allein liegt die physikalische Obergrenze nach gängigen Berechnungen bei rund 29,4 Prozent. Die Rekorde rücken also immer näher an diese Wand heran – deshalb setzen Forschung und Industrie zunehmend auf Tandemzellen.
Warum Tandemzellen die Messtechnik herausfordern
Eine Tandemsolarzelle stapelt zwei Zellen aus unterschiedlichen Materialien übereinander. Bei der Perowskit-Silizium-Tandemzelle verwertet die obere Perowskit-Schicht vor allem das energiereiche blaue und grüne Licht, die untere Siliziumzelle das rote und infrarote. Weil beide Teilzellen meist in Reihe geschaltet sind, bestimmt die schwächere von beiden den Strom – wie bei einer Kette, die am schwächsten Glied reißt.
Daraus folgt ein Messproblem: Weicht das Spektrum des Simulators auch nur leicht vom Normspektrum ab, bekommt eine Teilzelle zu viel und die andere zu wenig Licht. Das Ergebnis verfälscht sich stärker als bei einer einfachen Siliziumzelle. Das Fraunhofer ISE setzt dafür inzwischen einen multispektralen Sonnensimulator ein, dessen Farbanteile sich gezielt einstellen lassen.
Das ISFH hat im Juli angekündigt, Perowskit-Silizium-Tandemzellen nun auch in großem Waferformat bis 210 Millimeter Kantenlänge (G12) kalibrieren zu können. Die Hamelner Forschenden nennen dabei unter anderem diese Herausforderungen:
- spektrale Anpassung für jede Teilzelle und Korrektur von spektralen Abweichungen,
- Ausgleich der Abschattung durch die Kontaktierung,
- Korrektur ungleichmäßiger Beleuchtung auf großen Flächen,
- gleichmäßige Temperierung,
- eigene Messprotokolle wegen der Metastabilität: Perowskit-Zellen verändern ihre Leistung, während sie beleuchtet werden – mal steigt sie in den ersten Minuten, mal sinkt sie. Ein schneller Lichtblitz reicht deshalb oft nicht für ein verlässliches Ergebnis.
Dass ein Labor aus der Region diese Fähigkeit aufbaut, ist ein gutes Zeichen: Verlässliche Messungen großer Zellen sind eine Voraussetzung dafür, dass Tandemtechnik den Schritt aus dem Labor in die Fertigung schafft. Realistisch sollten Hausbesitzer aber nicht damit rechnen, in den nächsten ein, zwei Jahren Perowskit-Tandemmodule als gängige Option auf dem Einfamilienhaus zu sehen – offene Fragen gibt es vor allem bei der Langzeitstabilität.
Was bedeutet das für Sie?
Die Arbeit der Kalibrierlabore landet ganz konkret auf Ihrem Dach. Jedes Serienmodul wird am Ende der Produktion mit einem kurzen Lichtblitz in einem sogenannten Flasher vermessen. Diese Geräte werden mit Referenzmodulen abgeglichen, deren Werte sich auf Labore wie die oben genannten zurückführen lassen. Erst dadurch wird die Watt-Angabe auf dem Typenschild vergleichbar.
- Die Nennleistung gilt für STC. Auf dem Dach sind die Zellen an sonnigen Tagen deutlich wärmer als 25 °C, und die Einstrahlung erreicht selten 1.000 W/m². Die tatsächliche Leistung liegt deshalb meist darunter – das ist kein Mangel, sondern Physik. Mehr dazu in unserem Beitrag zum Temperaturkoeffizienten.
- Auf die Leistungstoleranz achten: Viele Datenblätter geben eine rein positive Toleranz an (zum Beispiel „0 bis +5 W“). Das bedeutet, dass das Modul bei der Werksmessung mindestens die Nennleistung erreicht hat.
- Wirkungsgrad ist nicht alles: Ein höherer Modulwirkungsgrad bedeutet vor allem mehr Leistung pro Quadratmeter. Das ist wichtig bei kleinen oder verwinkelten Dächern. Für den Jahresertrag zählen aber ebenso Ausrichtung, Verschattung, Temperaturverhalten und die richtige Auslegung von Modulen und Wechselrichter.
- Rekordmeldungen richtig lesen: Achten Sie darauf, ob von einer Zelle oder einem Modul die Rede ist, wie groß die Fläche war und ob ein unabhängiges Labor den Wert bestätigt hat.
Wenn Sie wissen möchten, welche Module und welche Auslegung zu Ihrem Dach passen, rechnen wir das gern konkret für Sie durch – hier können Sie unverbindlich ein Angebot anfordern.
Quellen
- „152 Solarrekorde in 40 Jahren gemessen: Das CalLab des Fraunhofer ISE feiert Jubiläum“, Presseinformation #26, Fraunhofer ISE, 16.09.2026, ise.fraunhofer.de
- „ISFH CalTeC erweitert Kalibrierkompetenz auf großflächige Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen“, Pressemeldung, Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH), 07.07.2026, isfh.de
- „Best Research-Cell Efficiency Chart“, National Renewable Energy Laboratory (NREL), abgerufen am 09.11.2026, nrel.gov
- „Solar Cell Efficiency Tables“, Fachzeitschrift Progress in Photovoltaics (Wiley, peer-reviewed), Versionen 1–68 (1992–2026), ausgewertet laut Fraunhofer ISE (s. o.)
- Eigener Beitrag: „Rückkontakt-Solarzellen: Was hinter dem 28,29-%-Rekord steckt“, PVPOWER.ME, 28.09.2026, pvpower.me