Forschungsteam entwickelt Verfahren für lösungsmittelfreie Solarzellen
Freiburg, 03.09.2026
Freiburger Forscher*innen haben einen lösungsmittelfreien Herstellungsprozess für Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen entwickelt. Er ist nachhaltiger als bisherige Verfahren und hat das Potenzial, im industriellen Maßstab eingesetzt zu werden.
Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen gelten als vielversprechende Technologie für die nächste Generation hocheffizienter Solarzellen. Foto: Silvia Wolf / Universität Freiburg
Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen gelten als vielversprechende Technologie für die nächste Generation hocheffizienter Solarzellen. Herkömmliche Herstellungsverfahren basieren jedoch auf Lösungsmitteln, die unter anderem Herausforderungen hinsichtlich der Löslichkeit der Ausgangsmaterialien, ihrer Toxizität und dem Zusammenspiel einzelner Prozessschritte mit sich bringen.
Einem Forschungsteam der Universität Freiburg ist es gelungen, einen nachhaltigeren sowie potenziell besser skalierbaren Herstellungsprozess zu entwickeln. Dr. Juliane Borchert und Mohamed A. A. Mahmoud vom Institut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH) der Universität Freiburg und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben eine neue Prozesskette für Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen entwickelt, die vollständig ohne Lösungsmittel auskommt. Das Team hat seine Forschungsergebnisse im renommierten Fachjournal Joule veröffentlicht.
„Es ist uns gelungen, sämtliche Lösungsmittel aus dem Herstellungsprozess der oberen Hälfte der Tandemsolarzelle, der sogenannten Perowskit-Topzelle, mit großer Bandlücke zu eliminieren und diese Technologie in die weltweit erste vollständig lösungsmittelfrei hergestellte Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle zu integrieren“, sagt Mahmoud.
Neue Erkenntnisse über Kristallisationsprozesse
Die Wissenschaftler*innen fokussierten sich auf die Herstellung der Perowskit-Schicht mittels physikalischer Gasphasenabscheidung und weiterer lösungsmittelfreier, industriell skalierbarer Verfahren. Die Perowskit-Schicht wurde durch sequenzielle Verdampfung hergestellt.
Um die Kristallbildung während der Abscheidung und des anschließenden Temperprozesses besser zu verstehen, überwachte das Forschungsteam den Prozess mithilfe von In-situ-Röntgendiffraktometrie (XRD). Darüber hinaus untersuchte es, wie die Oberflächenstruktur von Siliziumsubstraten die Bildung der Perowskit-Schicht beeinflusst. Der Einsatz der In-situ-XRD während der Verdampfung und des Temperns lieferte neue Erkenntnisse über die Kristallisationsprozesse. Diese bilden eine wichtige Grundlage, um die Technologie weiter zu optimieren und sie künftig industriell einzusetzen.
Grundlage für den Sprung in die industrielle Produktion
Für die Spezialmessungen kooperierten die Freiburger Wissenschaftler*innen mit Forschenden von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, der Universidad Pablo de Olavide in Spanien, der King Abdullah University of Science and Technology in Saudi-Arabien und dem ODTU-GÜNAM-Forschungszentrum in der Türkei.
„Dank einer exzellenten Zusammenarbeit mit Forschenden aus vier Ländern konnten wir verschiedene Messmethoden kombinieren, um die Prozesse während der Abscheidung der Perowskit-Dünnschichten im Detail zu verstehen“, sagt Borchert. „Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen haben ein großes Potenzial, die nächste Generation hocheffizienter Solarzellen zu werden. Damit sie den Sprung vom Labor in die industrielle Fertigung schaffen, ist es notwendig, die beste Kombination von Abscheidemethoden zu finden, die eine verlässliche Herstellung im großen Maßstab und mit hohem Durchsatz ermöglichen. Dafür legen wir mit dieser lösungsmittelfreien Tandemsolarzelle eine wichtige Grundlage.“
Weitere Informationen
- Originalpublikation: Mahmoud, M., Schulz, T., Fischer, O. & Borchert, A. J. (2026): Impact of silicon substrate topography on sequentially evaporated perovskite film growth, Joule. DOI: 10.1016/j.joule.2026.102646
- Dr. Juliane Borchert leitet die Nachwuchsgruppe für Optoelektronische Dünnschicht Materialien am Institut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH) der Universität Freiburg und ist Leiterin der Gruppe Perowskit Materialien und Grenzflächen im Bereich Photovoltaik am Fraunhofer ISE. Borchert ist ebenfalls Mitglied im Freiburger Zentrum für interaktive Werkstoffe und bioinspirierte Technologien (FIT).
- Mohamed A. A. Mahmoud promoviert in der Nachwuchsgruppe Borcherts.
- Die Arbeit wurde von der Vector Stiftung, der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und durch das Spanische Ministerium für Universitäten finanziert.