Die Photovoltaik entwickelt sich derzeit nicht mehr nur in kleinen Schritten, sondern an mehreren Fronten zugleich. Während klassische Siliziumzellen den Markt weiterhin dominieren, drängen neue Konzepte aus Laboren und ersten Pilotfertigungen in Richtung Praxis. Dabei geht es nicht allein um höhere Wirkungsgrade. Ebenso wichtig sind geringere Materialkosten, flexiblere Anwendungen, bessere Stromerträge pro Fläche und neue Einsatzorte an Fassaden, Fahrzeugen oder sogar Fenstern. Besonders auffällig ist, dass viele Innovationen nicht das Silizium sofort verdrängen sollen, sondern es zunächst ergänzen: mit neuen Schichten, neuen Kontaktstrukturen oder neuen Modulkonzepten.
Perowskit macht Druck auf Silizium
Als eine der spannendsten Entwicklungen gelten Perowskit-Solarzellen. Das Material lässt sich vergleichsweise dünn auftragen und verspricht langfristig günstigere Fertigungsprozesse als herkömmliche Wafer-Technologien. Forscher arbeiten zudem daran, Perowskit-Zellen flexibel, leichter und für verschiedene Untergründe nutzbar zu machen. Der große Reiz liegt aber vor allem im Tempo des Fortschritts: Perowskit-basierte Zellen und vor allem Perowskit-Silizium-Tandems haben ihre Wirkungsgrade in wenigen Jahren stark gesteigert. Noch ist die Technik vor allem mit Fragen der Langzeitstabilität, Verkapselung und industriellen Skalierung beschäftigt. Genau dort liegt die Hürde zwischen Rekordzelle und Massenprodukt.
Tandemzellen holen mehr aus dem Spektrum
Besonders viel Aufmerksamkeit erhalten Tandem-Solarzellen. Ihr Prinzip ist ebenso einfach wie wirkungsvoll: Mehrere Halbleiterschichten nutzen unterschiedliche Bereiche des Lichtspektrums, wodurch weniger Energie verloren geht als bei einer einzelnen Siliziumzelle. Fraunhofer ISE verweist darauf, dass Tandemarchitekturen das Effizienzlimit einfacher Siliziumzellen überwinden können; internationale Forschungsarbeiten und Rekordtabellen zeigen, dass Perowskit-Silizium-Tandems inzwischen deutlich jenseits der klassischen Siliziumgrenzen liegen. Für dicht bebaute Städte, Industriehallen oder Dächer mit begrenzter Fläche ist das hochrelevant, weil jeder zusätzliche Prozentpunkt die Stromausbeute pro Quadratmeter erhöht.
Bifaziale Module nutzen auch die Rückseite
Weniger spektakulär, aber schon viel näher am breiten Einsatz, sind bifaziale Module. Sie produzieren Strom nicht nur auf der Vorderseite, sondern auch auf der Rückseite, indem sie reflektiertes Licht vom Boden, von hellen Dachflächen oder aus der Umgebung mitnutzen. Das lohnt sich besonders auf Freiflächen, über hellen Untergründen und in Kombination mit Nachführsystemen. Die Internationale Energieagentur PVPS beschreibt erhebliche Mehrerträge gegenüber monofazialen Systemen, wenn Planung, Aufständerung und Umgebung stimmen. Bifazialität ist damit keine Nischenidee mehr, sondern eine sehr praktische Effizienzstrategie für reale Anlagen.
Organische Zellen erschließen neue Flächen
Organische Solarzellen spielen in der öffentlichen Debatte oft eine Nebenrolle, obwohl sie für spezielle Anwendungen hochinteressant sind. Ihre Stärken liegen weniger im absoluten Spitzenwirkungsgrad als in Eigenschaften, die Silizium kaum bietet: ultradünne Schichten, Biegsamkeit, geringes Gewicht und die Aussicht auf kostengünstige Druckverfahren. Damit kommen Anwendungsfelder in den Blick, bei denen starre Standardmodule an Grenzen stoßen, etwa auf gekrümmten Oberflächen, in tragbarer Elektronik oder als halbtransparente Elemente. Auch Fraunhofer ISE führt organische Solarzellen in der Weiterentwicklung von Dünnschicht- und Perowskit-Technologien als relevantes Forschungsfeld.
Silizium selbst wird ebenfalls neu erfunden
Wer nur auf neue Materialien schaut, übersieht eine zweite Innovationslinie: Auch die Siliziumzelle wird weiter verfeinert. TOPCon-, Heterojunction- und Rückkontakt-Technologien sollen Verluste an den Kontakten senken und höhere Wirkungsgrade in der industriellen Fertigung ermöglichen. Fraunhofer ISE meldet bei TOPCon Fortschritte bei hocheffizienten n-Typ-Zellen, NREL beschreibt HJT und IBC seit Jahren als aussichtsreiche Weiterentwicklungen gegenüber älteren PERC-Konzepten. Der technische Wettlauf läuft also nicht zwischen alt und neu, sondern oft zwischen verbessertem Silizium und den nächsten Materialklassen. Gerade deshalb ist offen, welche Technologie sich in welchem Marktsegment durchsetzt.
Neue Märkte entstehen an Fassaden und in Fenstern
Hinzu kommt ein Wandel bei den Einsatzorten. Gebäudeintegrierte Photovoltaik, farbige Module und dünnere Speziallösungen erweitern die Solarenergie über das klassische Dach hinaus. Fraunhofer ISE berichtet, dass farbige gebäudeintegrierte Module inzwischen marktnahe Lösungen mit deutlich geringeren Ertragseinbußen als früher ermöglichen. Das ist für Fassaden, denkmalnahe Gebäude und städtische Räume bedeutsam, in denen Akzeptanz, Gestaltung und Flächennutzung stärker zählen als der reine Modulpreis. Innovation in der Photovoltaik bedeutet deshalb zunehmend auch: Strom dort erzeugen, wo bislang nur Hülle war.
Von Andreas Unterberg
