Schäden durch Verschattung:
Problem von Tandem-Solarzellen gelöst

Forschende der Hong Kong Polytechnic University (PolyU) haben eine neue Perowskit-Organik-Tandem-Solarzelle entwickelt, die auch bei teilweiser Verschattung ihre Leistungsfähigkeit beibehält. Bisher konnten die Zellen dadurch sogar beschädigt werden.

Schatten bringt Negativ-Spannung

Nach Angaben des Teams erreichten ihre neuesten Dünnschicht-Solarzellen einen wichtigen Fortschritt bei der Widerstandsfähigkeit gegenüber sogenannter Rückwärtsspannung (Reverse Bias), die bei herkömmlichen Technologien zu dauerhaften Schäden führen kann, berichtet das US-Magazin Interesting Engineering.

Verschattungen durch Bäume, Gebäude, Wolken oder sogar Vögel gehören im Alltag von Solaranlagen zu den häufigsten Ursachen für Leistungseinbußen. Dabei können einzelne Solarzellen eine negative Spannung entwickeln, die den Stromfluss beeinträchtigt und das Material langfristig schädigt. Besonders Dünnschicht-Solarzellen gelten bislang als anfällig für diesen Effekt.


Nach Angaben der Forschenden behielten die neu entwickelten Tandem-Solarzellen selbst nach einer Belastung mit einer negativen Spannung von minus 40 Volt mehr als 90 Prozent ihrer ursprünglichen Effizienz. Auch bei Langzeittests überzeugte die Technik: Nach zwölf Stunden unter einer Rückwärtsspannung von minus 20 Volt lag die Leistung weiterhin bei rund 90 Prozent des Ausgangswerts. Bei einer geringeren Belastung von minus 4,5 Volt blieben nach 2000 Betriebsstunden sogar 97 Prozent der ursprünglichen Effizienz erhalten.

Um die Ursache der Schäden besser zu verstehen, untersuchte das Team insbesondere organische Solarzellen. Dabei identifizierten die Wissenschaftler sogenannte tiefe Fallen-Zustände (Deep Trap States) in der aktiven Schicht der Zellen als Hauptursache für Leistungsverluste. Diese Defekte halten elektrische Ladungen fest und erhöhen das Risiko dauerhafter Schäden unter Rückwärtsspannung. Durch eine gezielte Veränderung der Materialmischung gelang es den Forschenden, die Zahl dieser Defekte deutlich zu verringern und die Stabilität der Solarzellen erheblich zu verbessern.

Viel stabiler

Nach Aussage von Projektleiter Li Gang schützt die optimierte organische Schicht zugleich die empfindliche Perowskit-Schicht der Tandemzellen. Dadurch werde schädlicher Rückstrom unter Verschattungsbedingungen verhindert. Die organischen Solarzellen erreichten zudem eine Durchbruchsspannung von mehr als minus 35 Volt und setzen damit nach Einschätzung der Forschenden einen neuen Maßstab für die Stabilität dieser Technologie.

Die aktuelle Arbeit baut auf früheren Erfolgen der Forschungsgruppe auf. Bereits 2025 hatte das Team Tandem-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von knapp 26 Prozent vorgestellt. Im aktuellen Projekt konnte die Energieumwandlung auf mehr als 26 Prozent gesteigert und gleichzeitig die Widerstandsfähigkeit gegen Verschattung deutlich verbessert werden. Nach Ansicht der Forschenden bringt dies Perowskit-Organik-Tandem-Solarzellen einen wichtigen Schritt näher an den praktischen Einsatz in zukünftigen Solarmodulen.

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