Solarzellen-Wirkungsgrade über 35 Prozent bis 2050 – Forschung erwartet neue Leistungsdimensionen
Die Photovoltaik steht vor einem technologischen Entwicklungsschritt, der ihre Bedeutung im globalen Energiesystem weiter erhöhen könnte. Wissenschaftliche Prognosen gehen davon aus, dass die Solarzellen-Wirkungsgrade über 35 Prozent bis 2050 erreichen könnten, was deutlich über dem heutigen Stand liegt. Damit würde sich die Stromausbeute pro Modulinstallation erheblich steigern. Die Folgen für Wirtschaftlichkeit, Flächennutzung und die Integration erneuerbarer Energien in bestehende Stromsysteme wäre weitreichend.
Warum der Modulwirkungsgrad eine Schlüsselgröße ist
Der Wirkungsgrad beschreibt, welcher Anteil der einfallenden Sonnenenergie tatsächlich in elektrische Energie umgewandelt wird. Aktuell eingesetzte Solarmodule auf Siliziumbasis erreichen im kommerziellen Einsatz meist Werte zwischen 21 und 23 Prozent. Diese Effizienz bildet die Grundlage für die Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikanlagen und beeinflusst maßgeblich Flächenbedarf, Investitionskosten und Stromgestehungskosten.
Forschungsinstitute und Hersteller sehen jedoch noch erhebliches Potenzial für Verbesserungen. Steigende Wirkungsgrade bedeuten, dass auf gleicher Fläche mehr Strom erzeugt werden kann oder bei gleichem Ertrag weniger Module benötigt werden. Besonders bei Dachanlagen, begrenzten Standorten oder in dicht besiedelten Regionen gewinnt dieser Aspekt zunehmend an Bedeutung.
Technologische Ansätze für höhere Effizienz
Im Mittelpunkt der aktuellen Forschung stehen mehrschichtige Solarzellen, bei denen unterschiedliche Halbleitermaterialien kombiniert werden. Diese sogenannten Tandem- oder Mehrfachzellen nutzen verschiedene Wellenlängen des Sonnenlichts gezielt aus und reduzieren physikalische Verluste. Als besonders vielversprechend gelten Perowskit-Silizium-Tandemzellen, die bereits in Laborversuchen sehr hohe Effizienzen gezeigt haben.
Neben neuen Materialsystemen tragen auch Verbesserungen bei Kontaktierung, Zellverschaltung und Oberflächenstrukturen zur Effizienzsteigerung bei. Optimierte Antireflexbeschichtungen, verbesserte Lichtführung und geringere elektrische Verluste erhöhen den nutzbaren Stromertrag und bringen die Technologie schrittweise näher an industrielle Anwendungen.
Solarzellen-Wirkungsgrade über 35 Prozent – das sagt die Forschung
Aus wissenschaftlicher Sicht gelten die prognostizierten Effizienzsteigerungen als ambitioniert, aber technisch erreichbar. Entscheidend ist dabei nicht allein das Erreichen neuer Rekordwerte im Labor, sondern die Überführung dieser Ergebnisse in robuste und wirtschaftliche Zellkonzepte für den industriellen Maßstab. Führende Forschungsinstitute arbeiten daher parallel an Materialentwicklung, Zellarchitektur und Produktionsprozessen.
Prof. Andreas Bett, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, ordnet die Entwicklung ein: „Die Kombination aus neuen Materialsystemen und optimierten Zellarchitekturen eröffnet realistische Chancen, Wirkungsgrade von über 35 Prozent zu erreichen. Entscheidend wird sein, diese Technologien industriell skalierbar und langfristig stabil umzusetzen.“
Die Einschätzung macht deutlich, dass Effizienzgewinne künftig nicht nur an physikalischen Grenzen gemessen werden, sondern zunehmend an Fragen der Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Serienfertigung. Erst wenn neue Zellkonzepte unter realen Betriebsbedingungen dauerhaft funktionieren und sich in bestehende Produktionslinien integrieren lassen, entfalten hohe Wirkungsgrade ihre volle systemische Wirkung für den Energiemarkt.
Auswirkungen auf Markt und Ausbau
Höhere Wirkungsgrade könnten die Wirtschaftlichkeit der Photovoltaik deutlich verbessern. Weniger benötigte Module senken Material-, Montage- und Flächenkosten. Für Projektentwickler eröffnen sich neue Möglichkeiten, Anlagen auch an Standorten mit begrenztem Platz wirtschaftlich zu realisieren.
Langfristig stärken Effizienzgewinne die Rolle der Photovoltaik im Energiesystem. Steigende Erträge pro Fläche erleichtern die Integration in bestehende Netze, reduzieren Flächenkonflikte und unterstützen den Übergang zu einem stärker elektrifizierten und klimaneutralen Energiesystem.
Effizienzpfade bis zur Mitte des Jahrhunderts
Die in der Forschung prognostizierten Wirkungsgradsteigerungen ergeben sich aus einem langfristigen Entwicklungsprozess, der auf Materialforschung, Zellarchitektur und Fertigungstechnologien aufbaut. Ob Solarzellen mit Wirkungsgraden von deutlich über 30 Prozent in den kommenden Jahrzehnten tatsächlich den Massenmarkt erreichen, hängt maßgeblich von ihrer technischen Reife, industriellen Skalierbarkeit und den damit verbundenen Kosten ab. Entscheidend ist, dass Effizienzgewinne nicht nur im Labor erzielt werden, sondern sich auch unter realen Betriebsbedingungen wirtschaftlich und zuverlässig darstellen lassen.
Sollte die Überführung in die Serienproduktion gelingen, würde sich das Einsatzspektrum der Photovoltaik weiter erweitern. Höhere Wirkungsgrade steigern die Stromerträge pro Fläche, reduzieren den Materialeinsatz und verbessern die Wirtschaftlichkeit insbesondere bei flächenbegrenzten Anwendungen. Damit könnte die Photovoltaik ihre Bedeutung im globalen Energiesystem weiter festigen und einen noch stärkeren Beitrag zur langfristigen Dekarbonisierung und Versorgungssicherheit leisten.