Erhebliche Investitionen, staatliche Initiativen und laufende Forschung zur Kostensenkung von Solarenergie haben maßgeblich zum Wachstum dieser Technologie beigetragen. Silizium-Solarzellen stoßen jedoch an ihre Effizienzgrenzen, und ihre starre und schwere Bauweise schränkt ihre weltweite Anwendung ein. Perowskit-Photovoltaik hat aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer Flexibilität und der deutlich niedrigeren Herstellungskosten als Alternative zu Silizium-Solarzellen großes Interesse geweckt.
Der Markt für Perowskit-Photovoltaik wird Prognosen zufolge bis 2035 ein Volumen von über 11,75 Milliarden US-Dollar erreichen. Quelle: IDTechEx
In seinem neuen Bericht „Perowskit-Photovoltaik-Markt 2025–2035: Technologien, Akteure & Trends“ analysiert IDTechEx den Perowskit-Photovoltaik-Markt umfassend. Der Bericht beleuchtet neue Trends und Anwendungsbereiche, die das Wachstum antreiben, und bietet eine detaillierte Bewertung der wichtigsten Technologien: Dünnschicht-Perowskit, Perowskit/Silizium-Tandem und reine Perowskit-Tandemzellen. Datenbasierte Benchmarks führender Solartechnologien und eine eingehende Analyse etablierter und aufstrebender Akteure ermöglichen präzise 10-Jahres-Marktprognosen für den gesamten Perowskit-Photovoltaik-Markt. Die weitere Bewertung skalierbarer Fertigungsprozesse, wichtiger Materialtrends und alternativer Anwendungen von Photovoltaik-Perowskit trägt zu einem ganzheitlichen Bild der Marktperspektiven bei. IDTechEx prognostiziert, dass der Jahresumsatz mit Photovoltaik-Perowskit bis 2035 fast 12 Milliarden US-Dollar erreichen wird.
Perowskite sind eine Materialklasse mit kubischer ABX₃-Kristallstruktur. In Halbleiter-Perowskiten (die für Photovoltaik verwendet werden) ist die A-Position typischerweise mit einem großen organischen Kation, entweder Methylammonium (MA⁺) oder Formamidinium (FA⁺), besetzt. Die B-Position wird von Blei oder Zinn besetzt und ist oktaedrisch von Halogenidionen (X-Position) koordiniert. Perowskit-Solarzellen können als Dünnschicht mit einer Dicke von typischerweise 5 bis 500 nm mittels lösungsbasierter Abscheidungsverfahren hergestellt werden. Die aktive Perowskitschicht wird auf ein Glas- oder Kunststoffsubstrat aufgebracht und zwischen den Elektronentransportschichten und den Elektroden eingebettet. Dies ermöglicht eine effektive Ladungsleitung zur Versorgung einer externen Last. Die Herstellung von Perowskit-Solarzellen ist mit der Blatt-für-Blatt- oder Rolle-für-Rolle-Fertigung kompatibel und ermöglicht so eine skalierbare und automatisierte Produktion, was aus finanzieller Sicht sehr attraktiv ist. Die Synthese von Perowskit erfordert zudem relativ reichlich vorhandene und kostengünstige Rohstoffe, was dazu beiträgt, die Herstellungskosten deutlich zu senken.
Perowskit-Photovoltaik lässt sich in Einzelzellen und Tandem-Solarzellen unterteilen. Alle Einzelzellen-Solartechnologien erreichen einen theoretischen maximalen Wirkungsgrad von etwa 30 %. Ähnlich wie Silizium-Solarzellen erreichen auch Perowskit-Einzelzellen irgendwann ein Wirkungsgradplateau. Aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer Flexibilität werden Perowskit-Einzelzellen für den Einsatz in gebäudeintegrierten Photovoltaik-Anwendungen (BIPV) erforscht, bei denen das Solarmodul Baumaterialien wie Fenster ersetzt. Bislang ist dieser Anwendungsbereich noch begrenzt, doch mit zunehmenden Produktionskapazitäten für Perowskit wird ein Wachstum erwartet. Laufende technologische Innovationen zur Verbesserung der Haltbarkeit und Kostensenkung durch Skaleneffekte tragen zur breiteren Akzeptanz von Perowskit-Photovoltaik bei.
Die Effizienzgrenze von Einzelzellen-Solarzellen lässt sich durch den Einsatz einer Tandemarchitektur überwinden. Durch das Übereinanderstapeln zweier Subzellen erhöht sich der Wirkungsgrad (PCE) auf etwa 43 %. Perowskite bieten aufgrund ihrer geringen Kosten und ihres leichten Gewichts ein großes Potenzial für die Entwicklung leistungsstarker Solarzellen. Die optischen Eigenschaften von Perowskiten lassen sich durch die chemische Zusammensetzung des Materials gezielt verändern. Es können Perowskite hergestellt werden, die hochenergetische Wellenlängen des sichtbaren Lichts (blau) absorbieren und effizient in Energie umwandeln. Silizium wandelt diese Wellenlängen zwar schlecht um, jedoch niederenergetische Wellenlängen (rot). Durch die Integration beider Materialien in eine Tandemstruktur erhöht sich die Umwandlungseffizienz des einfallenden Lichts und somit die Energieausbeute pro Flächeneinheit.
Es gibt zwei typische Tandemkonfigurationen: Zwei- und Vierpolkonfigurationen. Bei der Zweipolkonfiguration (2T) sind die obere Perowskitzelle und die untere Siliziumzelle monolithisch integriert und in Reihe geschaltet. Bei der Vierpolarchitektur (4T) werden die beiden Zellen unabhängig voneinander gefertigt und mechanisch gestapelt. Die 4T-Architektur erfordert zwar mehr Fertigungsschritte, ermöglicht aber die unabhängige Optimierung der Subzellen und bietet somit eine kostengünstige, sofort installierbare Solarlösung. Bestehende Produktionslinien für Silizium-Solarzellen können genutzt werden, um die Perowskit-Subzelle separat herzustellen und anschließend zum kompletten Perowskit/Silizium-Tandem-Solarmodul weiterzuverarbeiten. Angesichts der Größe und des Reifegrads des Silizium-Solarmarktes ist IDTechEx überzeugt, dass die Nutzung von Perowskiten zur Weiterentwicklung dieser Technologie das größte Potenzial für die Branche darstellt.
Insgesamt wird erwartet, dass Perowskit/Silizium-Tandemsolarzellen den Markt für Perowskit-Photovoltaik dominieren werden. Ihre mechanischen Eigenschaften, die denen von Silizium-Solarzellen mit einfachem pn-Übergang ähneln, und ihr höherer Wirkungsgrad machen sie besonders geeignet für traditionelle Solaranwendungen wie Solarparks und Dachinstallationen. Da Solartechnologien der ersten Generation um das Jahr 2030 und darüber hinaus das Ende ihres Lebenszyklus erreichen, dürfte die Nutzung von Perowskit/Silizium-Tandemsolarzellen zunehmen, insbesondere da die Kosten durch Skaleneffekte deutlich sinken. Die höhere Leistung pro Flächeneinheit von Perowskit/Silizium-Tandemsolarzellen zu einem mit Siliziumsolarzellen vergleichbaren Preis macht sie für Energieversorger, Industrie und Verbraucher, für die Technologieoptimierung und Preis von größter Bedeutung sind, sehr attraktiv. Daher bewerben viele Hersteller die Perowskit/Silizium-Tandemsolarzelle bereits als die nächste große Solartechnologie.
Autorin: Maia Benstead, Technologieanalystin bei IDTechEx
