Vom Labor auf Dächer, Fassaden und Gewächshäuser

Als Hoffnungsträger für die nächste Generation Solarzellen gelten vor allem solche auf Basis von Perowskiten – eine Klasse kristalliner Halbleiter. Ihr großer Vorteil: „Die Bandlücke – also der Bereich des Lichts, der in elektrische Energie umgewandelt wird – lässt sich gezielt einstellen“, erklärt Ulrich Paetzold. Perowskit-Schichten lassen sich für eine optimale Energieausbeute miteinander kombinieren oder mit herkömmlichen Siliziumzellen koppeln. Solche Tandemzellen sind ein Schwerpunkt Paetzolds, dem es mit seinem Team gelang, das weltweit erste Perowskit-Perowskit-Modul herzustellen.

Publikationen:
https://www.nature.com/articles/s41560-022-01059-w
https://www.nature.com/articles/s41560-025-01782-0

„Das Potenzial ist gewaltig“, sagt Paetzold. Die Technologie könnte flexible Anwendungen an Fassaden, Folien und mobilen Geräten ermöglichen und ist in der Herstellung vergleichsweise günstig – aber noch nicht marktreif. Er und sein Team arbeiten daran, die letzten Hürden zu überwinden: „Neben dem Wirkungsgrad ist die Stabilität der Knackpunkt. Silizium-Solarmodule halten 25 bis 30 Jahre, für die aktuell fortschrittlichsten Perowskit-Solarmodule werden derzeit nur etwa fünf bis zehn Jahre erwartet.“ Mit materialdatengetriebenen Methoden und Maschinellem Lernen sucht die Arbeitsgruppe nach stabileren Materialkombinationen und optimierten Herstellungsverfahren.

Vom Material zur Massenproduktion

„Unsere Arbeitsgruppe vereint interdisziplinäres Fachwissen, von der Chemie und Physik über Maschinenbau und Verfahrenstechnik bis zur Informatik. Dadurch betrachten wir den gesamten Prozess, grundlegende Materialeigenschaften genauso wie Fragen der industriellen Fertigung. Das ist unsere große Stärke“, betont Paetzold. Auch das Eco-Design spiele eine wesentliche Rolle: „Wir denken von Beginn an mit, wie sich einzelne Bestandteile recyceln und Emissionen minimieren lassen.“

Anwendungen im Blick

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiten eng mit Industriepartnern zusammen, die konkrete Fragestellungen mitbringen – etwa ein Fassadenhersteller, der wissen möchte, wie er seine Baustoffe mit Photovoltaik kombinieren kann oder ein Fahrzeugbauer, der sich für Solarzellen auf Motorhauben interessiert. Ganz neue Perspektiven bieten leichte und flexible Perowskit-Solarzellen auch für die Agri-Photovoltaik: Solarzäune auf Feldern oder eine Photovoltaikbeschichtung auf Folientunneln oder Gewächshäusern, die gleichzeitig für Beschattung sorgt. „Wir prüfen, was physikalisch möglich ist und zur Wertschöpfung führt. Außerdem entwickeln wir Demonstratoren für konkrete Anwendungen“, sagt Paetzold. „Wir entwickeln Photovoltaik-Lösungen, die in fünf bis zehn Jahren marktreif sein können.“

Der Wissenschaftler wurde mit einem ERC Consolidator Grant für seine Forschung ausgezeichnet und engagiert sich in der Helmholtz-Initiative SolarTAB sowie beim Aufbau des neuen Kompetenzzentrums Photovoltaik Baden-Württemberg. (kar)

Interview mit Prof. Ulrich Wilhelm Paetzold zu Photovoltaik der nächsten Generation