Durchbruch bei Solarzellen: Stabil trotz extremer Temperaturwechsel
Perowskit-Solarzellen gelten seit Jahren als Hoffnungsträger der Photovoltaik. Sie sind vergleichsweise kostengünstig herzustellen und erreichen hohe Wirkungsgrade. Ihr größtes Problem war bislang jedoch ihre mangelnde Stabilität. Besonders starke Temperaturwechsel, wie sie etwa im niedrigen Erdorbit auftreten, setzen den Materialien erheblich zu: Sie dehnen sich aus und ziehen sich zusammen, wodurch Spannungen entstehen, die zu Rissen, Ablösungen und Leistungsverlust führen.
Das Team um den Chemiker Erkan Aydin entwickelte nun eine Lösung für dieses Problem. Im Zentrum steht eine zweistufige molekulare Verstärkungsstrategie, die gezielt an den Schwachstellen der Solarzellen ansetzt: den Korngrenzen innerhalb des Perowskit-Materials und den Grenzflächen zu anderen Schichten.
Einerseits integrierten die Forschenden Alpha-Liponsäure in die Perowskit-Schicht. Während des Herstellungsprozesses bildet sie ein feinmaschiges Netzwerk entlang der Korngrenzen, das Defekte reduziert und die mechanische Stabilität erhöht. Zum anderen verstärkten sie die Verbindung zwischen der lichtabsorbierenden Schicht und dem darunterliegenden Substrat durch speziell entwickelte Moleküle. Besonders wirksam erwies sich dabei eine Verbindung mit Sulfonium-Gruppe, die eine starke chemische Bindung ermöglicht.
Die Moleküle wirken wie eine Art flexible Stoßdämpfer, die das Material zusammenhalten und gleichzeitig Bewegungen durch Temperaturänderungen ausgleichen. Dadurch bleibt die Struktur der Solarzelle auch unter extremen Bedingungen intakt.
Die Ergebnisse sind bemerkenswert. Die optimierten Solarzellen erreichen einen Wirkungsgrad von bis zu 26 Prozent und übertreffen damit die Vergleichsmodelle. Auch unter extremen Testbedingungen bleiben sie leistungsfähig: Nach 16 Temperaturzyklen zwischen minus 80 und plus 80 Grad Celsius behalten sie noch 84 Prozent ihrer ursprünglichen Effizienz – ein deutlich besserer Wert als bei herkömmlichen Perowskit-Zellen.
Die Experimente zeigen zudem, dass die größten Schäden bereits in den ersten Temperaturzyklen entstehen und weniger von der Anzahl der Zyklen als von der Gesamtdauer der Belastung abhängen.
Die neuen Erkenntnisse könnten die Einsatzmöglichkeiten von Perowskit-Solarzellen erheblich erweitern. Neben der Raumfahrt kommen auch Anwendungen in der Stratosphäre oder in besonders extremen Klimazonen infrage. Zudem eröffnen sich Perspektiven für leichte, flexible Solarmodule, die bislang an Stabilitätsproblemen scheiterten.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht und liefert wichtige Impulse für die Weiterentwicklung einer Technologie, die als Schlüssel für die nächste Generation der Solarenergie gilt.
Yilmaz, C., Buyruk, A., Shi, Y., Levashov, S., Li, X., Hooijer, R., Huang, J., Zhu, H., Fischer, O., Schubert, M. C., Deger, C., Yavuz, I., Ugur, E., Lubineau, G., Eichhorn, J., Zhang, F., & Aydin, E. (2026). Perovskite solar cells with enhanced thermal fatigue resistance under extreme temperature cycling.
Nature Communications.
doi.org/10.1038/s41467-026-70293-7
