Photovoltaik steht vor einem Technologiesprung: Neben klassischen Siliziumzellen rücken Dünnschicht,HJT und Perowskit in den Fokus. Der Beitrag vergleicht Wirkungsgrade, Kosten, Material- und stabilitätsfragen, beleuchtet Produktionspfade und Reifegrade und skizziert Anwendungen von Fassaden bis zur Gigawatt-Fertigung.
inhalte
- Technologieüberblick & Reife
- Dünnschicht: Stärken & Limits
- HJT: Wirkungsgrad & Kosten
- Perowskit: Stabilität testen
- Einsatzempfehlungen nach Fall
Technologieüberblick & Reife
Dünnschicht (CdTe, CIGS) gilt als industriell etabliert, mit solider Bankability in Utility-scale-Anwendungen und Vorteilen bei diffusen Lichtbedingungen sowie geringem Temperaturkoeffizienten. HJT als n‑typische Silizium-Heterojunction liefert hohe Moduleffizienzen und exzellentes Schwachlichtverhalten, steht jedoch unter kostendruck durch Silberverbrauch, der durch kupferbasierte Metallisierung und TCO-Optimierungen reduziert wird. Perowskit entwickelt sich dynamisch, insbesondere als Tandem mit Silizium; Laboreffizienzen über 30% treffen auf Herausforderungen bei Langzeitstabilität, Feuchteschutz und Bleimanagement, während Pilotlinien in Richtung Gigawatt-Skalierung anziehen.
Im reifeverlauf zeigt sich eine Staffelung: Dünnschicht bleibt ein Arbeitspferd mit wachsenden Kapazitäten und Rohstoffdiversifizierung; HJT konsolidiert sich durch Ag-Reduktion, höheres Durchsatz-Equipment und bifaziale Designs; Perowskit schreitet in Richtung produktionsnaher R2R- und Slot-Die-Prozesse, wobei qualifizierte Encapsulation und IEC-Dauerlast-Tests den Ramp-up bestimmen. Der zu erwartende Wirkungsgradvorsprung der Tandems trifft auf Kosten- und Zuverlässigkeitsziele, was kurz- bis mittelfristig differenzierte Einsatzfelder erzeugt-von leichten, flexiblen BIPV-Lösungen bis zu hocheffizienten Kraftwerksmodulen.
- Dünnschicht: Reif für Freifläche, robuster Temperaturgang, Materialketten im Fokus.
- HJT: Hohe Effizienz, niedriger LID/LeTID, Kostensenkung via Kupfer und dünnere Wafer.
- Perowskit/Tandem: Schnellste Lernkurve, Stabilität und Skalierung als schlüssel.
| Technologie | TRL | Modul-Wirkungsgrad | Temp.-Koeff. | Kostentrend | Typische Anwendung |
|---|---|---|---|---|---|
| Dünnschicht | 9 | 18-21% | gut | ↓ stabil | Utility,Leichtdächer |
| HJT | 8-9 | 21-24% | sehr gut | ↓ beschleunigt | Dach,Bifazial,Agri-PV |
| Perowskit/Tandem | 6-7 | 24-28% (pilot) | gut | ↓↓ perspektivisch | BIPV,High-Eff. Utility |
Dünnschicht: Stärken & Limits
Dünnschicht-PV nutzt extrem dünne aktive Schichten (z. B.CdTe, CIGS, a‑Si), die auf Glas, Metall oder Polymerfolien abgeschieden werden.Das Ergebnis sind leichte, teils flexible Module mit homogener Optik und vergleichsweise geringer Material- und Energieintensität in der Fertigung. Besonders hervorzuheben sind das günstige Temperaturverhalten, stabile Erträge bei diffuser Strahlung sowie Optionen für gebäudeintegrierte Anwendungen.
- Gewicht & Flexibilität: geringere Flächenlast, montierbar auf sensiblen Dächern und gekrümmten Oberflächen.
- Temperaturkoeffizient: häufig −0,20 bis −0,30 %/°C,damit vorteilhaft in heißen Klimazonen.
- Schwachlicht-Ertrag: solide Performance bei Bewölkung, Dunst und Ost/West-Ausrichtungen.
- Ästhetik & BIPV: gleichmäßige, dunkle Flächen; gute Integration in fassaden und Verglasungen.
- Ökobilanz: kurze Energieamortisation durch dünne Schichten und skalierbare Beschichtungstechnik.
| Technologie | Modul-Wirkungsgrad | Temp.-Koeff. | Gewicht | Typische Nutzung |
|---|---|---|---|---|
| CdTe | 17-20 % | ≈ −0,25 %/°C | 12-15 kg/m² | Utility, heiß/trocken |
| CIGS | 15-19 % | ≈ −0,30 %/°C | 10-12 kg/m² | BIPV, Fassaden |
| a‑Si | 6-10 % | ≈ −0,20 %/°C | 6-10 kg/m² | Leichtdächer, Nischen |
Den Vorteilen stehen markante Grenzen gegenüber: Die niedrigere Flächenleistung erhöht den BOS-Anteil (mehr Fläche, Unterkonstruktion und Verkabelung), Materialien wie Indium, Gallium oder Tellur sind begrenzt verfügbar, und regulatorische Anforderungen (z. B. Cadmium-Handling) erfordern strenge EHS-Prozesse. Langzeitverhalten ist technologieabhängig; a‑Si kennt den Staebler‑Wronski‑Effekt, während CdTe/CIGS industriell gereift sind, jedoch mit konzentrierter Anbieterlandschaft und eingeschränkter Bifazialität konkurrieren.
- Flächenbedarf & BOS: mehr m² pro kWp, einfluss auf gestell, Logistik und Projektkosten.
- Materialverfügbarkeit: kritische Elemente begrenzen Skalierung und wirken auf Preisstabilität.
- Effizienzspanne: geringere Modulwirkungsgrade als Top‑c‑Si, bei Projektflächen ein schlüsselfaktor.
- Bankability: weniger Hersteller, geringere Produktvielfalt und normformate.
- Recycling & Compliance: Rücknahme- und Recyclingstrukturen notwendig, je nach Halbleiterchemie.
HJT: Wirkungsgrad & Kosten
Heterojunction-Zellen kombinieren kristallines n‑Typ‑Silizium mit ultradünnen amorphen schichten und liefern hohe Voc, niedrige Rekombination und einen sehr geringen Temperaturkoeffizienten. In der Praxis liegen Modulwirkungsgrade bei 22,0-23,5 %, Zellrekorde um 26 %; die Bifazialität von 90-95 % begünstigt Mehrerträge, besonders unter diffusem Licht. Da LID/LeTID praktisch ausbleibt, sinkt die Degradation typischerweise auf etwa 0,25 %/a, was die Energieausbeute über die laufzeit stabilisiert.
| Parameter | Typischer Wert (2025) | Bemerkung |
|---|---|---|
| Modulwirkungsgrad | 22,0-23,5 % | Hohe Flächenausbeute |
| Temperaturkoeff. Pmax | ≈ −0,26 %/°C | Vorteil in warmen Klimata |
| Bifazialitätsfaktor | 90-95 % | +5-15 % Mehrertrag möglich |
| Jahresdegradation | ≈ 0,25 % | Geringe Alterung |
| Modulkosten | ca. 0,20-0,26 €/Wp | Leicht über TOPCon |
- Kostentreiber: TCO‑Beschichtung (ITO/ZnO), Silberpasten und zusätzliche Prozessschritte (niedrige Prozesstemperaturen, längere Taktzeiten).
- Kostenhebel: Cu‑Galvanik statt ag‑Siebdruck,dünnere Wafer (≤120 µm),größere Formate (M10/G12),SMBB & engere Finger,höhere Linienkapazität.
- LCOE‑Vorteile: Mehrertrag durch Bifazialität, geringe Temperaturverluste, stabile Degradation; besonders wertvoll bei Flächenknappheit und in Hitze.
kostenseitig liegt HJT noch mit einem moderaten Aufpreis über PERC/TOPCon, wird jedoch durch Skalierung, Materialsubstitution und Prozessintegration wettbewerbsfähiger. Das Zusammenspiel aus n‑Typ‑Wafern, Glas‑Glas‑Designs und effizienter metallisierung senkt Capex pro GW und Materialeinsatz pro Wp. In Anwendungen mit hoher Einstrahlungsvariabilität, beengter Dachfläche oder strengen Temperaturprofilen kann die Kombination aus hoher Effizienz und niedrigem Temperaturkoeffizienten die etwas höheren Investitionskosten durch niedrigere LCOE kompensieren.
Perowskit: Stabilität testen
Die Bankability der Perowskit-Photovoltaik entscheidet sich an reproduzierbarer Beständigkeit unter kombinierter Belastung. Neben Spitzenwirkungsgraden im Labor rücken daher beschleunigte Alterungsprotokolle in den Fokus. Etabliert sind ISOS-Standards (ISOS-D/L/O/T) sowie Moduletests nach IEC 61215: Feuchte-Wärme 85/85, Thermozyklen, Feuchte-Frost und UV-Vorbelastung. Relevanter als Kurztests sind Langzeitprofile bei MPP-Betrieb mit kontinuierlicher beleuchtung, die Ionentransport, Phasensegregation und Kontaktkorrosion sichtbar machen. Messbar werden Effekte über T80/T95, I-V-Hysterese, Leckströme und Drift von Voc/FF.
Ein belastbares Prüfdesign kombiniert Probenzustände (Zelle, Minipanel, Laminat) mit Mehrfachstress und klaren Freigabekriterien. Diagnostik ergänzt elektrische kennlinien: PL/EL-Imaging für hotspots,ToF‑SIMS für Halogenmigration,XRD für Strukturänderungen; parallel wird die Verkapselung über WVTR und Kantenabdichtung verifiziert. Materialseitig unterstützen 2D/3D-Hybride, Additiv-Passivierung und robuste Transportlagen die Resistenz, doch die Validierung gelingt nur mit konsistenten, statistisch abgesicherten Testreihen.
- Umweltstressoren: feuchte, Wärme, UV/Blauanteil, sauerstoff, thermische Zyklen, mechanische Biegung.
- Elektrische Belastung: MPP-Tracking, Vorwärts-/Rückwärts-Scan, Vorwärtsvorspannung (0,8-1,0 Voc).
- Kernmetriken: T80/T95,ΔPCE,Hysterese-Index,ΔVoc/ΔJsc/ΔFF,Leckstrom,Serien-/shuntwiderstand.
- Diagnostik: PL/EL, UV‑Vis, Impedanzspektroskopie, Kontaktwiderstand, WVTR der Barriere.
| Test | Bedingungen | Zielgröße | Kriterium (Beispiel) |
|---|---|---|---|
| Feuchte-Wärme (DH) | 85°C / 85% r.F., 1000 h | PCE-Verlust, T80 | ≤ 20% Verlust (T80 ≥ 1000 h) |
| Lichtsoak @ MPP | 1 Sonne, 60°C, 1000 h | ΔPCE, Hysterese-Index | ΔPCE ≤ 10%, HI ≤ 0,05 |
| Thermozyklen | −40↔85°C, 200 Zyklen | Rs, FF | ΔFF ≤ 3 Prozentpunkte |
| UV-Vorbelastung | 45 kWh/m² | PL-Quenching | < 10% Abnahme |
| Bias‑Temp‑Stress | 0,9 Voc, 85°C, 300 h | Voc-Drift | ≤ 2% Drift |
| Verkapselung (WVTR) | 40°C / 90% r.F. | Barriereniveau | ≤ 1×10⁻³ g·m⁻²·d⁻¹ |
| Außenbewitterung (ISOS‑O) | 6 Monate, real | Felddrift, T80 proj. | < 15% Verlust |
Einsatzempfehlungen nach Fall
Je nach Projektziel, Klimazone und baulichen Restriktionen verschieben sich die technologischen Favoriten. Hohe Effizienz und Temperaturstabilität sprechen in flächenlimitierten oder heißen umgebungen für moderne HJT-Module, während geringe Flächenlast, homogene Optik und gute Schwachlichtleistungen Dünnschichtlösungen auf leichten Dächern und in Fassaden bevorzugen. Perowskit, insbesondere als Tandem oder auf flexiblen Substraten, eröffnet Spielräume für ultraleichte und gestalterische Anwendungen, befindet sich jedoch noch in einer Phase beschleunigter Industrialisierung mit projektspezifischer bankability.
- HJT: geeignet bei begrenzter Dachfläche, hoher Einstrahlung und Temperaturen; vorteilhaft durch niedrigen Temperaturkoeffizienten und optionale Bifazialität.
- Dünnschicht (CIGS/CdTe): sinnvoll für leichte Unterkonstruktionen, BIPV und diffuses licht; gleichmäßige Flächenwirkung, gutes Schwachlichtverhalten.
- Perowskit (auch tandem): prädestiniert für Pilotflächen, Designfassaden und Gewichtslimits; Fokuspunkte sind Schutzschichten, Garantien und Langzeitdaten.
| Anwendung | Technologie-Favorit | Kernvorteil | Hinweis |
|---|---|---|---|
| Dach mit wenig Fläche | HJT | Hoher Wirkungsgrad | mehrkosten über Ertrag planbar |
| leichte Industriehalle | Dünnschicht | Niedrige Flächenlast | Größere Modulflächen möglich |
| diffuses Klima/Urban | Dünnschicht | Schwachlichtstark | Konstante Tageskurve |
| Wüsten/Hitze | HJT | Geringe Temperaturverluste | Kühlbedarf reduziert |
| Agrivoltaik | HJT bifazial / dünnschicht halbtransparent | Gleichmäßigere Bodenbeleuchtung | Transparenzfaktor beachten |
| Designfassade/Pilot | Perowskit | Ultraleicht, Farbvielfalt | Bankability projektabhängig |
Für die Systemplanung zählen neben dem Modul Wirkungsgrad die Gesamtkostenstruktur und Betriebsrisiken. Auswahlkriterien umfassen Garantiepakete, Temperatur- und Schwachlichtverhalten, Bifazialpotenzial, Interoperabilität mit Wechselrichtern und Statik, ebenso Normen- und Recyclinganforderungen.In Märkten mit hohen BOS-Kosten kann eine höhere Modulklasse die Stringanzahl und Montagezeiten reduzieren, während in designgetriebenen Projekten Formfaktor, Farboptionen und Gewicht dominieren.
- Garantien und Degradation: vertragliche Zusagen und Testprotokolle prüfen; bei neueren Technologien sind Laufzeiten teils kürzer oder projektspezifisch.
- Temperaturkoeffizient: in warmen Regionen Vorteil für HJT; Leistungsstabilität in Spitzenlastfenstern relevant.
- Schwachlicht und Verschattung: Dünnschicht zeigt robuste Erträge bei diffuser Strahlung; Stringdesign auf Mismatch minimieren.
- Bifazialität und Albedo: bei reflektierenden Untergründen zusätzliche Erträge; Untergrundgestaltung mitdenken.
- Kompatibilität: MPP-Spannungen, Stringlängen und mechanische Anbindung mit BOS abgleichen; Zertifizierungen (IEC 61215/61730) und Brandschutz einhalten.
- Projektfinanzierung: Tier-1-Hersteller, feldreferenzen und Service-netz berücksichtigen; bei Perowskit realistische Degradations- und OPEX-Annahmen wählen.
Was zeichnet Dünnschicht-, HJT- und Perowskit-Technologien aus?
Dünnschicht (a‑si, CdTe, CIGS) nutzt wenig Material, ist leicht und flexibel. HJT kombiniert n‑Typ‑Wafer mit amorphem Si und senkt Rekombination. Perowskite bieten hohe Absorption und Tandem-Chancen, jedoch noch stabilitätsrisiken.
Wie entwickeln sich Wirkungsgrade und Leistungsdichten?
HJT-Module erreichen heute 21-23 %, Zellen bis etwa 26 %. Dünnschicht: CdTe-Module knapp 20 %, CIGS ähnlich, mit guten Schwachlichtwerten. Perowskit-Zellen liegen über 26 %; Silizium-Perowskit-Tandems nähern sich 30 % und versprechen höhere Leistungsdichten.
Welche Kosten- und Produktionsaspekte sind relevant?
HJT erfordert ITO, Silber und Niedertemperaturprozesse, was Materialkosten und Taktzeiten prägt. Dünnschicht spart Silizium, braucht jedoch Vakuumbeschichtungen und teils kritische Elemente. Perowskite versprechen günstige Nass- oder Rolle-zu-Rolle-Fertigung, Skalierung ist offen.
Wie steht es um Lebensdauer, Degradation und Zuverlässigkeit?
HJT zeigt geringe LID/LeTID und gute Temperaturkoeffizienten. CdTe gilt als robust, CIGS ist feuchteempfindlicher.Perowskite degradieren durch Feuchte, Wärme und UV; Kapselung und Additive verbessern dies, doch Langzeitdaten und Bankability sind noch begrenzt.
Welche Anwendungen und Marktperspektiven gelten als aussichtsreich?
Dünnschicht eignet sich für Leichtdächer, BIPV und gekrümmte Flächen; CdTe bleibt stark im Utility-Segment. HJT adressiert Premium-Dachanlagen und bifaziale Freiflächen. Perowskit‑Tandems gelten als nächster Effizienzhub, mit Potenzial in Rooftop, agri-PV und später Massenmarkt.
