Günstiger Solarstrom scheitert bisher oft am Alltag
Perowskit-Solarzellen gelten seit Jahren als einer der spannendsten Kandidaten für die nächste Ausbaustufe der Photovoltaik. Der Reiz liegt auf der Hand: Die kristallinen Materialien wandeln Sonnenlicht sehr effizient in Strom um und eignen sich besonders für Tandem-Solarzellen, also für gestapelte Zellarchitekturen, die verschiedene Bereiche des Lichtspektrums besser ausschöpfen. Was im Labor glänzt, stolpert im Freien bislang jedoch über einen ziemlich gewöhnlichen Gegner: das Wetter. Ein Forscherverbund aus der Technischen Universität München, dem Karlsruher Institut für Technologie, DESY und dem KTH Royal Institute of Technology in Stockholm hat nun genauer beschrieben, warum die Materialien unter wechselnden Temperaturen altern und wie sich dieser Prozess ausbremsen lässt.
Temperaturschwankungen setzen die Kristallstruktur unter Druck
Für den Einsatz auf Hausdächern reicht ein hoher Wirkungsgrad allein nicht aus. Ein Solarmodul muss kalte Nächte, heiße Nachmittage und den ständigen Wechsel dazwischen über viele Jahre überstehen. Genau diese thermischen Zyklen werden für Perowskit-Materialien zum Problem. Nach Darstellung des Forschungsteams gerät das Kristallgitter bei schnellem Erwärmen und Abkühlen in eine Art inneres Kräftemessen: Es dehnt sich aus, zieht sich wieder zusammen und baut dabei mechanische Spannungen auf. Das klingt erst einmal harmlos, ist aber der Anfang einer Kettenreaktion, an deren Ende Leistung verloren geht. Gerade für eine Technologie, die draußen Jahrzehnte bestehen soll, ist das mehr als ein Schönheitsfehler.
Die Burn-in-Phase bremst Perowskit-Solarzellen früh aus
Besonders aufschlussreich ist die erste der beiden Studien, die am 14. Januar 2026 in Nature Communications erschien. Untersucht wurden hocheffiziente Wide-Bandgap-Zellen, also jene Perowskit-Schichten, die in Tandem-Solarzellen meist die obere Aufgabe übernehmen. Mit hochauflösenden Röntgenmessungen am DESY konnten die Wissenschaftler in Echtzeit verfolgen, wie das Material bei raschen Temperaturwechseln geradezu atmet. Der eigentliche Befund sitzt tiefer: Die Alterung verläuft nicht langsam und gleichmäßig, sondern zunächst in einer markanten Burn-in-Phase. In diesem frühen Abschnitt gingen laut Studie bis zu 60 Prozent der relativen Leistung verloren. Kun Sun beschreibt den Vorgang sinngemäß als mikroskopisches Tauziehen, bei dem innere Spannungen die Struktur verschieben und dadurch Stromertrag kosten.
PDMA stabilisiert die empfindliche Perowskit-Struktur
Die zweite Arbeit, veröffentlicht am 24. Februar 2026 in ACS Energy Letters, suchte nicht mehr nur nach der Ursache, sondern nach einer praktikablen Gegenmaßnahme. Das Team setzte organische Moleküle als Abstandshalter ein, die die empfindliche Kristallstruktur zusammenhalten sollen, fast wie Streben in einem Gerüst, das sonst bei jedem Ruck nachgeben würde. Beim Vergleich mehrerer Kandidaten erwies sich nach Angaben der Forscher das Molekül PDMA als die überzeugendste Lösung. Während gängigere Varianten den strukturellen Zerfall eher begünstigten, blieb die PDMA-basierte Zelle unter schnellem Aufheizen und Abkühlen deutlich stabiler. Das ist kein bloßer Labortrick, sondern ein Hinweis darauf, dass nicht nur die chemische Zusammensetzung zählt, sondern ebenso die Frage, wie gut ein Material mechanischen Stress im Alltag wegsteckt.
Warum robuste Tandem-Solarzellen für die Photovoltaik entscheidend sind
Peter Müller-Buschbaum, der an der TUM den Lehrstuhl für Funktionelle Materialien leitet und am Exzellenzcluster e-conversion beteiligt ist, macht den strategischen Punkt deutlich: Der nächste große Schritt der Photovoltaik dürfte über Tandem-Konzepte führen. Genau dort spielt die obere Perowskit-Schicht eine Schlüsselrolle. Wird sie stabiler, steigen die Chancen auf Solarmodule, die nicht nur mit starken Laborwerten beeindrucken, sondern auch draußen bestehen. Noch ist das keine Eintrittskarte für den sofortigen Massenmarkt. Aber die neuen Ergebnisse schieben das Feld ein gutes Stück aus der geschützten Welt des Labors in Richtung Alltag. Und dort, zwischen Frost am Morgen und Hitze am Nachmittag, entscheidet sich am Ende, ob aus einem Hoffnungsträger wirklich eine belastbare Technologie wird.
