24.07.2026 – Gemeinsam mit Partnern hat das Helmholtz-Zentrum Berlin ein neues Material für Perowskit-Solarzellen entwickelt, das den Wirkungsgrad steigern und zugleich die Stabilität der Zellen verbessern soll.
In der Solartechnologie gelten die Perowskit-Solarzellen als vielversprechende Alternative zu den heute gängigen siliziumbasierten PV-Lösungen, da sie sich vergleichsweise kostengünstig herstellen lassen und im Labor höhere Wirkungsgrade erzielen. So können einzelne Perowskit-Zellen bereits heute über 27 Prozent des Sonnenlichts in elektrische Energie umwandeln. Perowskit-Silizium-Tandemzellen – also Solarzellen, die eine Silizium-Unterzelle mit einer Perowskit-Topzelle kombinieren – erzielen sogar einen Wirkungsgrad von über 35 Prozent.
Um die beim Sonneneinfang entstehenden Elektronen abzutransportieren, wurde bei den Perowskit-Zellsystemen bislang eine Schicht aus sogenannten Fullerenen (C60) verwendet, die auch unter dem Namen Fußballmoleküle bekannt sind. Allerdings hat diese Schicht den Nachteil, dass an der Grenzfläche zwischen C60 und dem Perowskit-Absorber ein erheblicher Teil der Ladungsträger verloren gehen. Zudem gelten die C60-Materialien als verhältnismäßig teuer und neigen dazu, sich mit der Zeit abzulösen (Delaminierung) – was natürlich die Lebensdauer von Perowskit-Solarzellensystemen merklich reduziert.
Die Illustration zeigt ein mCB-FMN-Molekül über einer Perowskit-Schicht. (Bild: © Lea Zimmermann / Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie)
Um hier Abhilfe zu schaffen, hat ein Forschungsteam um Professor Steve Albrecht am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) gemeinsam mit Forschenden der Kaunas University of Technology (KTU) in Litauen und weiteren Partnern das neuartige Carboran-Material mCB-FMN entwickelt, das die bisher verwendeten C60-Materialien ersetzen soll.
Geringere Verluste, mehr Stabilität
Nach Angaben der Projektbeteiligten reduziert das neue Material im Vergleich zu C60 die elektrischen Verluste an der Grenzfläche. Zudem zeigen mechanische Prüfungen, dass das neue Material auch die Grenzflächenhaftung und damit auch die Stabilität innerhalb des neuen Perowskit-ETM-SnOx-Schichtstapels erhöht.
Auch beim Wirkungsgrad zeigt sich laut den Forscher:innen ein deutlicher Fortschritt: Demnach steigt der Wirkungsgrad bei Perowskit-Einzelzellen um 1,5 Prozentpunkte, wenn statt C60 das neue Elektronentransportmaterial ETM eingesetzt wird. Bei Perowskit-Silizium-Tandemzellen soll die Verbesserung sogar bei 2,4 Prozentpunkten gegenüber den Referenzzellen liegen.
„Wir haben ein sehr leistungsstarkes Fulleren-Ersatzmaterial für Perowskit-Solarzellen entwickelt und konnten mit vielen unterschiedlichen Messungen zeigen, welche Vorteile damit verbunden sind“, erläutert Lea Zimmermann, Erstautorin der Studie, die Ergebnisse. Für das neue Material wurde bereits eine europäische Patentanmeldung eingereicht (EP 25175871.0), die das mCB-FMN, dessen Derivate und deren Verwendung in Solarzellen abdeckt. (cp)