Forscher lassen Perowskit kurz schmelzen und erreichen 26,5 % Wirkungsgrad
Eine kurzzeitig flüssige Salzschicht verbessert das Kristallwachstum von Perowskit-Solarzellen. Im Labor erreichen sie 26,5 % Wirkungsgrad.
Durch das lokale Aufschmelzen des Eutektikums löst sich die Grenzfläche zwischen zwei Perowskit-Einkristallen – die Kristalle können miteinander verschmelzen.
Foto: Connor Dolan
Beim Erwärmen passiert in der Perowskit-Schicht für kurze Zeit etwas Ungewöhnliches: Zwischen den Kristallkörnern entsteht lokal eine flüssige Phase. Sie gibt den wachsenden Kristallen Gelegenheit, sich neu zu ordnen. Danach verschwindet ein Teil der Zusatzstoffe wieder – zurück bleibt eine gleichmäßigere Halbleiterschicht mit weniger Defekten.
Mit diesem Verfahren hat ein internationales Forschungsteam Perowskit-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 26,5 % hergestellt. Unabhängig bestätigt wurden 25,9 %. Ein Minimodul mit mehr als 15 cm² Fläche erreichte 23,9 %. Die Ergebnisse erschienen am 8. Oktober 2026 im Fachjournal Science.
Ganz aufgeschmolzen wird der Perowskit dabei allerdings nicht. Flüssig wird eine Mischung aus zwei Salzen direkt an den Korngrenzen. Genau dieser kurze Schmelzvorgang verändert, wie die Kristalle wachsen.
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Zwei Salze verändern das Kristallwachstum
Das Team um Forschende der University of California San Diego, der Princeton University und der Sungkyunkwan University in Südkorea setzte der Ausgangslösung zwei Stoffe zu: Zinkbromid und Methylammoniumchlorid.
Beim anschließenden Erhitzen bilden sie ein sogenanntes Eutektikum. Das ist eine Stoffmischung, die bereits bei einer niedrigeren Temperatur schmilzt als ihre einzelnen Bestandteile.
Diese Schmelze entsteht lokal dort, wo die Perowskit-Kristalle aneinandergrenzen. Die Kristalle können sich dadurch während des Temperns leichter umordnen und weiterwachsen.
Mit zunehmender Erwärmung verdampft das Methylammoniumchlorid. Zink sammelt sich dagegen bevorzugt an den Korngrenzen. Dort hilft es laut Studie, elektronische Defekte zu verringern.
Röntgenmikroskopie zeigt die flüssige Phase
Die Forschenden beobachteten den Vorgang mit hochauflösender Röntgenmikroskopie. Dabei zeigte sich, dass das Material an den Korngrenzen während des Temperns tatsächlich vorübergehend ungeordneter und flüssigkeitsähnlich wird.
Nach der Behandlung fanden die Forschenden größere und besser geordnete Kristalle. Gleichzeitig nahm die Zahl struktureller Defekte innerhalb der Kristallkörner ab. Auch die Halogenide waren gleichmäßiger im Material verteilt.
Gerade solche Defekte gehören zu den Schwachstellen von Perowskit-Solarzellen. Elektronen und sogenannte Löcher können dort rekombinieren, bevor ihre Energie elektrisch genutzt wird. Weniger Defekte bedeuten daher geringere Verluste.
An solchen Grenzflächen arbeiten derzeit zahlreiche Forschungsgruppen. So haben etwa Forschende der LMU München gezeigt, dass sich Wirkungsgrad und Stabilität von Perowskit-Solarzellen durch eine gezielte Optimierung der Grenzfläche verbessern lassen.
26,5 % sind nicht der eigentliche Rekord
Die 26,5 % Wirkungsgrad sind ein hoher Wert, aber kein neuer Rekord für Perowskit-Solarzellen. Andere Zellarchitekturen liegen bereits darüber. Eine im Sommer vorgestellte Dreifach-Perowskit-Solarzelle erreichte beispielsweise 27,3 %.
Interessant ist deshalb weniger der Spitzenwert selbst als der Weg dorthin. Das neue Verfahren greift direkt in das Kristallwachstum ein und funktioniert nach Angaben des Teams bei mehreren untersuchten Perowskit-Zusammensetzungen.
Auch das Minimodul ist relevant. Bei einer Fläche von mehr als 15 cm² erreichte es 23,9 % Wirkungsgrad. Beim Übergang von kleinen Laborzellen zu größeren Flächen sinkt die Effizienz bei Perowskiten häufig, weil sich Fehler in der Schicht schwerer über die gesamte Fläche kontrollieren lassen.
Dass größere Flächen eine eigene Herausforderung darstellen, zeigen auch andere Arbeiten. So erreichte eine großflächige Dreifach-Perowskit-Perowskit-Silizium-Zelle mit 16 cm² im vergangenen Jahr einen zertifizierten Wirkungsgrad von 23,3 %.
Nach 1400 Stunden noch 85,8 % der Leistung
Neben der Effizienz untersuchte das Team auch die Stabilität. Kleine Solarzellen mit einem anfänglichen Wirkungsgrad von 24,1 % liefen kontinuierlich bei 85 °C. Nach 1400 Stunden besaßen sie noch 85,8 % ihrer ursprünglichen Leistung.
Das ist ein anspruchsvoller Labortest, aber noch kein Nachweis für eine jahrzehntelange Haltbarkeit im Freien. Solarmodule auf dem Dach müssen zusätzlich Feuchtigkeit, UV-Strahlung, Temperaturschwankungen und mechanische Belastungen überstehen.
Die Haltbarkeit gehört deshalb weiterhin zu den größten Herausforderungen der Perowskit-Photovoltaik. Auch andere Ansätze zielen darauf, Kristallstruktur und Alterungsbeständigkeit gleichzeitig zu verbessern. Ein Vakuumverfahren erreichte beispielsweise 27,2 % Wirkungsgrad und eine deutlich verbesserte Stabilität.
Auch LEDs profitieren von dem Verfahren
Der Effekt war nicht auf Solarzellen beschränkt. Aus entsprechend hergestellten Perowskiten fertigte das Team auch Leuchtdioden. Sie erreichten eine externe Quanteneffizienz von 26,1 %.
Für die Forschenden ist das ein Hinweis darauf, dass sich der Mechanismus nicht nur für eine einzelne Zellarchitektur nutzen lässt. Nun wollen sie weitere eutektische Mischungen testen und genauer untersuchen, wie sich der Kristallisationsprozess steuern lässt.
Ob sich das Verfahren auch auf deutlich größere Flächen und industrielle Beschichtungsprozesse übertragen lässt, ist bislang offen. Genau dort liegt der nächste Schritt: Aus einer gut kontrollierten Labormethode müsste ein Verfahren werden, das auch über große Flächen reproduzierbar dieselbe Materialqualität erzeugt.
auch über große Flächen reproduzierbar dieselbe Materialqualität erzeugt.
Quellen
- Science, 8. Oktober 2026: Volatile eutectics to tailor crystallization for perovskite optoelectronics
- University of California San Diego, 8. Oktober 2026: A Temporary Melting Liquid Could Help Build Better Perovskite Solar Cells and LEDs
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