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Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an einer Verdampfer-Anlage mit großen Silizium-Wafern. Das Pero-Si-SCALE überführt die Zelldesigns aus dem Labor auf industrielle Zellformate. © Fraunhofer ISE / Foto: Michael Spiegelhalter
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an einer Verdampfer-Anlage mit großen Silizium-Wafern. Das Pero-Si-SCALE überführt die Zelldesigns aus dem Labor auf industrielle Zellformate.

Photovoltaik
Vom Labor in die Fabrik: Skalierung von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen

21.05.2026 | Aktualisiert am: 21.05.2026

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat ein neues Labor zum Hochskalieren von Tandemsolarzellen eingeweiht. Ziel ist es, Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen als neue Solarzellengeneration weiterzuentwickeln und eine marktreife Skalierung vorzubereiten.

Mit der Eröffnung des Pero-Si-SCALE-Labors leisten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer ISE einen wichtigen Schritt, um Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen als vielversprechende Photovoltaik-Technologie voranzubringen. Deutsche und europäische Unternehmen aus der Solarindustrie können in der neuen Forschungsinfrastruktur erstmals Zelldesigns analysieren, skalieren und diese in Photovoltaikmodule integrieren. Mit Blick auf die nächste Generation von hocheffizienten Solarzellen soll die neue Forschungsinfrastruktur dabei unterstützen, den Weg von Laborentwicklungen hin zur industriellen Produktion zu ebnen.

Blick in das Pero-Si-SCALE: Um Tandemsolarzellen den Weg in die industrielle Umsetzung zu ebnen, hat das Fraunhofer ISE ein neues Labor eröffnet. © Fraunhofer ISE / Foto: Michael Spiegelhalter
Blick in das Pero-Si-SCALE: Um Tandemsolarzellen den Weg in die industrielle Umsetzung zu ebnen, hat das Fraunhofer ISE ein neues Labor eröffnet.

Bisherige Entwicklungen in diesem Forschungsbereich waren oft auf kleinere Zellformate und frühe Technologiereifegrade beschränkt. Mit dem neuen Labor ist es möglich, diese Entwicklungen in industrienahe Prozesse zu überführen. Konzepte für Solarzellen können auf großflächige Waferformate (Wafergröße bis zu 210 mm x 210 mm; G12 Standard-Industrieformat) übertragen und unter realistischen Produktionsbedingungen getestet werden.

Was zeichnet Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen aus?

Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen haben das Potenzial, auf die bisher dominanten Siliziumsolarzellen zu folgen und sich als überlegene industrielle Technologie zu etablieren. In einer Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle werden zwei unterschiedliche Halbleitermaterialien kombiniert: eine klassische Siliziumsolarzelle unten (Bottomzelle) und eine ultradünne Perowskitschicht oben (Topzelle).

Während herkömmliche, reine Siliziumsolarzellen nur einen Teil des Sonnenlichtspektrums optimal zur Stromerzeugung nutzen können, kann die Tandemsolarzelle es effizienter umwandeln. Hierbei nutzt das Tandemkonzept unterschiedliche Bandlücken. Die obere Perowskitschicht absorbiert den hochenergetischen, blauen Lichtanteil; die untere Siliziumzelle den roten und infraroten Lichtanteil. Dadurch wird weniger Energie in Wärme umgewandelt und die elektrische Ausbeute steigt.

Technologietransfer: Labor als Brücke zwischen Forschung und Industrie

„Die Photovoltaik ist noch lange nicht ‚auserforscht‘. Im Gegenteil, hier ist noch sehr viel zu holen und Tandemsolarzellen sind der entscheidende Hebel für noch mehr Effizienz. Das bedeutet: mehr Solarenergie auf kleinerer Fläche und mit geringerem Materialeinsatz“, sagte Prof. Dr. Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik am Fraunhofer ISE während der Eröffnung des Pero-Si-SCALE-Labors.

Pero-Si-SCALE ist ein unabhängiges Labor zur Hochskalierung der Perowskit-Silizium-Tandem-Technologie auf einen industriellen Maßstab. Produzenten aus der Photovoltaikbranche erhalten hier Zugang zu Prozessen und Anlagen, die ihnen für ihre jeweiligen Produktentwicklungen dienen. So können etwa Solarzellen-, Modul-, Material- und Anlagenhersteller im Labor ihre Technologie evaluieren. Dadurch lassen sich Produkte effizient optimieren, was den Transfer in den Markt beschleunigt.

Höhere Wirkungsgrade bei Perowskit und Silizium im Tandem

Warum das Potenzial von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen als sehr vielversprechend erachtet wird, zeigt ein Blick auf die erzielbaren Wirkungsgrade im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumsolarzellen. Um eine Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle herzustellen, wird eine extrem dünne Perowskitschicht (ca. 500 Nanometer) auf eine Siliziumsolarzelle aufgebracht. Durch diese Kombination steigt der theoretisch erreichbare Wirkungsgrad von etwa 29,4 Prozent auf bis zu über 43 Prozent. Im Labormaßstab konnten Forschende des Fraunhofer ISE bereits Wirkungsgrade von über 33 Prozent bei Tandemsolarzellen erzielen.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler führen den nasschemischen Teil der Wafer-Bearbeitung aus. Das Fraunhofer ISE setzt beim Verfahren zur Herstellung von Perowskit-Silizium-Tandem-Solarzellen auf die sogenannte „Hybrid-Route“. © Fraunhofer ISE / Foto: Michael Spiegelhalter
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler führen den nasschemischen Teil der Wafer-Bearbeitung aus. Das Fraunhofer ISE setzt beim Verfahren zur Herstellung von Perowskit-Silizium-Tandem-Solarzellen auf die sogenannte „Hybrid-Route“.

Die Effizienz von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen wurde also bereits nachgewiesen. Nun gilt es, wichtige Aspekte wie die Langzeitstabilität zu gewährleisten und die Technologie möglichst kosteneffizient in industrielle Prozesse zu überführen. Hierbei wird im Pero-Si-SCALE-Labor mit der sogenannten „Hybrid-Route“ ein besonderer Ansatz verfolgt. Dieser kombiniert Vakuum- und nasschemische Verfahren. Der Vorteil liegt darin, dass vorhandene industrielle Siliziumsolarzellen weiterverwendet werden können – ein wichtiger Aspekt für die Industrie, um eine schnelle Integration in bestehende Produktionslinien zu ermöglichen.

Eine wesentliche Voraussetzung für die Industrie, Tandemmodule effizient in der Produktion umzusetzen, liegt in der erfolgreichen Kombination verschiedenster Dünnschichttechnologien mit der waferbasierten Siliziumtechnologie. Hierzu leisten die aufeinander aufbauenden Laborbereiche des Pero-Si-SCALE einen wichtigen Beitrag.
 

Von der Zelle bis zum Modul: Untersuchungsbereiche im Pero-Si-SCALE-Plattform

  1. Zelltechnologie
    Eine vollständige Prozesslinie für Silizium-Bottomzelle und Perowskit-Topzelle ermöglicht die reproduzierbare Herstellung hocheffizienter Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen – mit einem Durchsatz von 40 bis 80 G12-Wafern pro Tag.
  2. Zellcharakterisierung    
    Globale und ortsaufgelöste Messverfahren zur Leistungsbestimmung sowie zur Zell- und Degradationsanalyse bilden die Grundlage für eine charakterisierungsgeleitete Optimierung von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen.
  3. Modultechnologie
    Das erweiterte Module-TEC bietet eine hochmoderne Infrastruktur für die Entwicklung, Herstellung und Erprobung innovativer PV-Modultechnologien. Dazu zählen unter anderem ein industrieller Klebestringer der neuesten Generation sowie ein LED-Flasher für I-V-Kennlinien mit integrierter Elektrolumineszenzcharakterisierung zur direkten Qualitätskontrolle.
  4. Modulcharakterisierung und -analyse
    Die ausgebaute Infrastruktur ermöglicht es, Perowskit-Silizium-Tandemmodule entwicklungsbegleitend zu untersuchen, Prüf- und Messverfahren weiterzuentwickeln sowie das Betriebsverhalten und Ertragspotenzial der Technologie unter realen Freilandbedingungen zu erfassen.

Weitere Forschungsprojekte im Zusammenhang mit Pero-Si-SCALE

Wissenschaftlerin an Glove-Box mit Maske zum Aufdampfen von Metallkontakten auf kleine Labor-Perowskitsolarzellen. © Fraunhofer ISE / Foto: Dirk Mahler
Wissenschaftlerin an Glove-Box mit Maske zum Aufdampfen von Metallkontakten auf kleine Labor-Perowskitsolarzellen.

Pero-Si-SCALE ist Teil einer größeren Laborlandschaft am Fraunhofer ISE. Die Technologie-Plattform ist eng mit bestehenden Forschungseinrichtungen wie dem PV-TEC, dem Pero-Si-Lab und dem Module-TEC verknüpft. Ziel der Forschenden ist es, eine vollständige Photovoltaik-Prozesskette abbilden zu können – angefangen bei der Materialentwicklung über die Fertigung der Solarzellen bis hin zur Modulintegration und deren Analyse.

Mit dieser Infrastruktur können sämtliche industriellen Produktionsschritte betrachtet und analysiert werden. Das ist unter anderem für Faktoren wie Materialeigenschaften, Stabilität und Durchsatz relevant. Übergeordnetes Ziel der Forschenden ist es, mit Pero-Si-SCALE Fertigungsprozesse für Tandemsolarzellen zu entwickeln, die die Anforderungen an eine Massenproduktion erfüllen und die von Herstellern industriell umgesetzt werden können.

Pero-Si-SCALE profitiert dabei auch von den Forschungserkenntnissen und Entwicklungen unter anderem aus folgenden Förderprojekten:

BASE
Das Vorhaben zielt darauf ab, eine auf der TOPCon-Technologie basierende Silizium-Unterzelle für Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen zur industriellen Baselinereife weiterzuentwickeln und damit den Weg für Wirkungsgrade über die Grenzen heutiger Silizium-Solarzellen hinaus zu ebnen. Im Projekt BASE soll dafür das einfache und industriell skalierbare TOPCon2-Zellkonzept auf M10-Wafern als Unterzelle für die Pero-Si-SCALE Plattform entwickelt werden.

Peridot
Das Vorhaben befasst sich mit der effizienten Kristallisation eines geschlossenen Perowskitfilms mit hoher Materialqualität als wesentliche Voraussetzung für die industrielle Herstellung von Perowskit-basierten Solarzellen. Im Vorhaben sollen die während Trocknung und Annealing ablaufenden Teilprozesse parametrisiert und darauf aufbauend ein Laser-Annealing entwickelt werden, welches den Anforderungen an industrielle Hochdurchsatzprojekte entspricht.

LiverPool
Forschende des Fraunhofer ISE entwickeln im Projekt LiverPool skalierbare Prozesse zur Abscheidung von Perowskiten und Kontaktmaterialien mittels Vakuumtechnologie für Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen.

Dragon
Im Verbundvorhaben Dragon wird eine industrielle Zellverschaltungsanlage und ein Modulkonzept für die effiziente und kostengünstige Klebe-Drahtverschaltung von Hocheffizienz-Tandemsolarzellen mit hohem Durchsatz (>3.600 Zellen pro Stunde) entwickelt.

PV-TEC
Im Rahmen des Projekts PV-TEC (Photovoltaik Technologie Evaluationscenter) hat das Fraunhofer ISE 2005 ein Zentrum für die Forschung und Entwicklung zu siliziumbasierten Solarzellenproduktionstechnologien aufgebaut und in Betrieb genommen. Die Anlageninfrastruktur wird mit Blick auf neue Produktionstechnologien und Produkte kontinuierlich angepasst. Das Fraunhofer ISE prozessiert und charakterisiert am PV-TEC industriell übliche Silizium-Wafer-Formate (M10, G12R und G12).

Potenzial für deutsche und europäische Photovoltaikbranche

Die Eröffnung des Pero-Si-SCALE Labors am 5. Mai 2026 fand zu einem wichtigen Zeitpunkt statt. Europäische Photovoltaikunternehmen stehen unter großem Wettbewerbsdruck. Insbesondere asiatische Hersteller dominieren den Weltmarkt – allein auf China entfällt etwa 90 Prozent der großskaligen Photovoltaikproduktion.

Vor diesem Hintergrund bieten Tandemsolarzellen die Chance auf einen technologischen Vorsprung und einen möglichen Wiederaufbau von Produktionskapazitäten in Europa. Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen können mit ihrem Potenzial, Wirkungsgrade über 35 Prozent zu erreichen, eine Schlüsseltechnologie für die nächste Generation hocheffizienter Photovoltaik bilden. Das Pero-Si-SCALE-Labor leistet mit seinen dort stattfindenden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten einen wesentlichen Beitrag.

Vertreterinnen und Vertreter aus Politik, Forschung und Wirtschaft unterstrichen bei der Eröffnung des Labors dessen Rolle als Innovationstreiber. So gehe es bei den Arbeiten in Pero-Si-SCALE nicht nur darum, Effizienz zu steigern, sondern gleichzeitig auch neue Anreize für den Maschinen- und Anlagenbau zu ermöglichen. Die bisherigen wissenschaftlichen Entwicklungen zu nutzen und weiter für eine industrielle Umsetzbarkeit zu optimieren, sei dabei entscheidend.

An dieser Schnittstelle stehe Pero-Si-SCALE als neue Forschungseinrichtung, um einen wichtigen Beitrag für eine effiziente und nachhaltige Energieversorgung zu leisten sowie den Ausbau erneuerbarer Energien voranzubringen. „Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen bieten eine Chance für einen (Wieder-)Einstieg in eine europäische, industrielle PV-Fertigung. Bei der Photovoltaik-Forschung sind wir, auch dank der Förderungen des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie BMWE, auf internationalem Spitzenniveau und das kann und sollte den hiesigen Industriepartnern den Rücken stärken“, erläuterte Prof. Dr. Andreas Bett, Institutsleiter des Fraunhofer ISE. (av)