27.05.2026

Was macht Perowskit-Dachziegel so revolutionär für die Architektur?

Perowskit-Dachziegel gelten als revolutionär für die Architektur, da sie die nahtlose Integration von Energiegewinnung in die Gebäudeästhetik ermöglichen, ohne das Design moderner oder traditioneller Bauwerke zu beeinträchtigen.

Perowskit-Dachziegel verändern die Architektur:

Illustration © stromzeit.ch*

Entscheidenden Gründe für ihr revolutionäres Potenzial:

• Ästhetik und Designfreiheit: Im Gegensatz zu den herkömmlichen, meist dunkelblauen oder schwarzen Silizium-Paneelen erlaubt die Perowskit-Technologie diskrete und farbenfrohe Alternativen. Architekten können so nachhaltige Energie erzeugen, ohne Kompromisse bei der Optik der Gebäudehülle eingehen zu müssen.
• Flexibilität und Leichtigkeit: Perowskit-Solarzellen basieren auf einer speziellen Kristallstruktur, die extrem dünn auf flexible Folien aufgebracht werden kann. Dies ermöglicht es, die Solarzellen auf gewölbte Oberflächen, wie etwa klassisch geschwungene Dachziegel, aufzubringen. Bei Prototypen des niederländischen Instituts TNO wurde gezeigt, dass die Biegung des Materials nur minimale Auswirkungen auf die Effizienz hat: Ein Modul behielt auf einem gewölbten Ziegel eine Effizienz von 12,4 % bei.
• Kostengünstige industrielle Produktion: Die Materialien sind preiswert und einfach zu verarbeiten. Besonders revolutionär ist die Eignung für das Roll-to-Roll-Verfahren (ähnlich dem Zeitungsdruck), was eine grossflächige und kosteneffiziente Massenproduktion ermöglicht. Zudem benötigen sie bei der Herstellung niedrigere Temperaturen als Siliziumzellen, was den Energieaufwand reduziert.
• Gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV): Die Technologie treibt den Wandel voran, bei dem die Gebäudehülle selbst zum Kraftwerk wird. Dies schafft Raum für nachhaltige Stromerzeugung im urbanen Umfeld, ohne zusätzliche Flächen in der Landschaft zu beanspruchen oder die Infrastruktur weiter zu belasten.
• Tandem-Technologie: Perowskite können mit herkömmlichen Siliziumzellen kombiniert werden, um in sogenannten Tandem-Solarzellen Wirkungsgrade von über 30 % zu erreichen, da sie unterschiedliche Wellenlängen des Sonnenlichts optimal ausnutzen.

Herausforderungen auf dem Weg zur Praxis: Bisher war die mangelnde Wetterfestigkeit ein Hindernis, da Perowskite empfindlich auf Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen reagieren. Aktuelle Forschungen (z. B. der TU München) nutzen jedoch bereits „molekulare Anker“, um die fragile Kristallstruktur gegen mechanischen Stress durch Hitze und Kälte zu stabilisieren und sie somit reif für den jahrzehntelangen Ausseneinsatz auf Dächern zu machen.

Wie steht es um die Effizienz und Haltbarkeit dieser Perowskit-Technologie?

Die Effizienz und Haltbarkeit der Perowskit-Technologie befinden sich derzeit in einem kritischen Stadium zwischen bahnbrechenden Laborerfolgen und der Vorbereitung auf den Massenmarkt.

Effizienz: Beeindruckende Steigerung.

Die Effizienz von Perowskit-Solarzellen hat sich innerhalb eines Jahrzehnts von bescheidenen 3 % auf über 20 % gesteigert:

• Spitzenwerte: In Laboreinstellungen wurden Rekordwirkungsgrade von 21,1 % erreicht, insbesondere durch den Zusatz von Cäsium, was die Produktion hocheffizienter Zellen zur Routine macht.
• Tandem-Technologie: Durch die Kombination von Perowskit mit herkömmlichem Silizium können Wirkungsgrade von über 30 % erzielt werden, da die verschiedenen Schichten unterschiedliche Wellenlängen des Lichts optimal nutzen.
• Anwendung auf Dachziegeln: Bei der Integration in gewölbte Dachziegel erreichen flexible Perowskit-Module aktuell eine Effizienz von 12,4 %. Obwohl dies unter den 13,8 % des flachen Moduls liegt, zeigt es, dass die Krümmung nur einen minimalen Einfluss auf die Leistung hat.

Haltbarkeit: Die grösste Herausforderung.

Die mangelnde Stabilität unter realen Bedingungen ist derzeit das Haupthindernis für den breiten Einsatz. Perowskite reagieren empfindlich auf Feuchtigkeit, Sauerstoff und extreme Temperaturschwankungen:

• Burn-in-Effekt: In einer frühen Phase des Ausseneinsatzes können die Zellen durch mechanischen Stress bei schnellen Temperaturwechseln bis zu 60 % ihrer relativen Leistungsfähigkeit verlieren.
• Lösungskonzepte:
• • Molekulare Anker: Forschende der TU München nutzen spezielle organische Moleküle (wie PDMA) als „Anker“, um das empfindliche Kristallgitter gegen Hitze und Kälte zu stabilisieren.
  • Doping: Die Anreicherung mit Elementen wie Neodym wirkt wie ein „Kitt“, der Risse im Kristallgitter füllt, während Gallium die Widerstandsfähigkeit gegen schädliche UV-Strahlung erhöht.
  • Schmetterlings-Moleküle: Neuartige organische Verbindungen, deren Form an Schmetterlinge erinnert, ermöglichen eine höhere Stabilität beim Ladungstransport ohne herkömmliches Doping.
• Fazit zur Marktreife: Obwohl die Technologie im Labor bereits rekordverdächtig ist, arbeiten Forscher intensiv daran, sie für den jahrzehntelangen Ausseneinsatz robust zu machen. Marktreife Produkte werden in den nächsten fünf bis zehn Jahren erwartet.

Welche Vorteile bieten Tandem-Solarzellen im Vergleich zu reinen Perowskit-Zellen?

Tandem-Solarzellen, die meist aus einer Kombination von Perowskit- und Silizium-Schichten bestehen, bieten gegenüber reinen Perowskit-Zellen vor allem signifikante Vorteile bei der Effizienz und der Lichtausbeute. Während reine Perowskit-Zellen in Laboreinstellungen Wirkungsgrade von über 20 % erreichen, erzielen Tandem-Systeme bereits Werte von über 30 %.

Tandem-Solarzellen: Das Beste aus zwei Welten.

Illustration © stromzeit.ch*

Die entscheidenden Vorteile im Detail:

• Optimale Spektralausnutzung: Ein wesentlicher Vorteil ist die bessere Ausnutzung des Sonnenlichts, da die übereinandergestapelten Zellen unterschiedliche Wellenlängen des Lichts optimal absorbieren. Dabei werden oft Perowskit-Zellen mit einer weiten Bandlücke als obere Schicht eingesetzt, um hochenergetische Lichtanteile effizienter umzuwandeln.
• Kombination von Materialvorteilen: Die Tandem-Technologie vereint das „Beste aus beiden Welten“, indem sie die bewährte Robustheit und Langlebigkeit herkömmlicher Silizium-Solarzellen mit der hohen Effizienz und den geringen Herstellungskosten von Perowskiten kombiniert.
• Wirtschaftlichkeit auf gleicher Fläche: Durch die höheren Wirkungsgrade lässt sich die Energieausbeute auf derselben Fläche maximieren, was langfristig die Kosten pro erzeugter Kilowattstunde senken kann.
• Fokus auf Stabilität: Aktuelle Designstrategien zielen darauf ab, speziell die obere Perowskit-Schicht in Tandem-Zellen robuster zu gestalten, damit diese den jahrelangen Belastungen durch extreme Temperaturschwankungen im Ausseneinsatz standhält.

Tandem-Solarzellen ermöglichen eine Leistungssteigerung, die über das physikalische Limit von Einzelzellen hinausgeht, und gelten daher als der nächste grosse Schritt in der Photovoltaik-Entwicklung.

Wie funktionieren die molekularen Anker zur Stabilisierung der Kristallstruktur?

Molekulare Anker fungieren als eine Art molekulares Gerüst, das die fragile Kristallstruktur von Perowskit-Solarzellen stabilisiert, damit diese den Belastungen im Ausseneinsatz standhalten.

Molekulare Anker:

Illustration © stromzeit.ch*

Die Funktionsweise lässt sich wie folgt im Detail beschreiben:

• Abstandshalter gegen mechanischen Stress: Forscher der TU München nutzen spezielle organische Moleküle, die als Abstandshalter zwischen den Schichten der Kristallstruktur wirken. Diese Moleküle halten die Struktur wie ein Anker fest zusammen und verhindern so, dass das Material bei extremen Bedingungen buchstäblich auseinanderfällt.
• Puffer bei thermischen Zyklen: Im realen Einsatz sind Solarzellen ständigen Temperaturwechseln ausgesetzt, wodurch das Kristallgitter „atmet“ – es dehnt sich bei Hitze aus und zieht sich bei Kälte zusammen. Ohne Stabilisierung führt dieses mikroskopische „Tauziehen“ zu inneren Spannungen und Strukturveränderungen, die in einer sogenannten „Burn-in“-Phase bis zu 60 % der Leistungsfähigkeit kosten können. Die molekularen Anker wirken diesen Spannungen entgegen.
• Spezialmolekül PDMA: In Studien erwies sich das voluminöse organische Molekül PDMA als besonders effektiv. Im Vergleich zu anderen Kandidaten machte es die Solarzelle deutlich robuster gegenüber dem mechanischen Stress schneller Erwärmung und Abkühlung.
• Ergänzung durch Doping: Neben diesen organischen Ankern gibt es ähnliche Mechanismen auf atomarer Ebene, wie etwa das Doping mit Neodym. Diese Atome wirken wie ein „Kitt“, der Risse und Spalten im Kristallgitter auffüllt und so den Ladungstransport stabilisiert.

Durch den Einsatz dieser Anker wird das Ziel verfolgt, Perowskit-Schichten so widerstandsfähig zu machen, dass sie über Jahrzehnte hinweg im Ausseneinsatz bestehen können.

Warum ist das Roll-to-Roll-Verfahren so wichtig für die Massenproduktion?

Das Roll-to-Roll-Verfahren (R2R) ist der entscheidende Schlüssel für den Übergang der Perowskit-Technologie vom Labormassstab hin zur industriellen Massenproduktion, da es eine hocheffiziente und kostengünstige Herstellung ermöglicht.

Hauptgründe für die Bedeutung dieses Verfahrens:

• Skalierbarkeit und Geschwindigkeit: Das Verfahren erlaubt es, Perowskit-Solarzellen auf flexiblen Folien in grossen Mengen und kontinuierlichen Prozessen herzustellen, ähnlich wie beim Zeitungsdruck. Dies ist ein notwendiger Schritt, um von kleinen Testzellen im Labor zu grossflächigen Modulen für die Praxis zu gelangen.
• Kosteneffizienz: Perowskite sind ohnehin kostengünstig und einfach zu verarbeiten. Das R2R-Verfahren nutzt diese Materialvorteile optimal aus, da es unter normalen Bedingungen (z. B. niedrigeren Temperaturen als bei Silizium) betrieben werden kann, was den Energieaufwand und die Produktionskosten weiter senkt.
• Mass-Customization: Die Technologie ermöglicht nicht nur die Massenfertigung standardisierter Produkte, sondern auch massgeschneiderte Lösungen für spezifische Anwendungen. So können flexible Solarfolien direkt auf verschiedene Baumaterialien, wie etwa gewölbte Dachziegel, aufgebracht werden.
• Industrielle Reife und Integration: Forschungsergebnisse zeigen, dass die verwendeten Materialien und Prozesse bereits für die industrielle Anwendung bereit sind. Das Ziel ist eine vollständige R2R-Fertigungsplattform, die sich in bestehende industrielle Produktionsketten integrieren lässt.
• Kommerzialisierung: Um diese Technologie in den Markt zu bringen, werden bereits spezialisierte Fabriken wie Perovion Technologies gegründet, die sich explizit auf die Roll-to-Roll-Produktion von leichten und flexiblen Perowskit-Zellen konzentrieren.

Das Roll-to-Roll-Verfahren ermöglicht die Produktion von Solarzellen, die nicht nur effizient, sondern auch preiswert und vielseitig genug sind, um grossflächig in Gebäuden und Infrastrukturen eingesetzt zu werden.

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Disclaimer / Abgrenzung

Stromzeit.ch übernimmt keine Garantie und Haftung für die Richtigkeit und Vollständigkeit der in diesem Bericht enthaltenen Texte, Massangaben und Aussagen.

Quellenverzeichnis (April 2026).

Weltweit erste Solar-Dachziegel aus Perowskit entwickelt:

https://www.tno.nl/en/newsroom/2026/04/perovskite-solar-roof-tile/

https://interestingengineering.com/energy/world-first-perovskite-solar-roof-tile

https://www.pv-tech.org/tno-claims-worlds-first-perovskite-solar-roof-tile/

https://solarvision.org/world-first-flexible-perovskite-solar-roof-tile-unveiled/

https://www.tum.de/aktuelles/alle-meldungen/pressemitteilungen/details/perowskit-solarzellen-wetterfest-machen

https://www.helion.ch/de/ratgeber/photovoltaik/perowskit-solarzellen/

https://nfp-energie.ch/de/projects/956/

Die Organisation TNO hat den weltweit ersten Dachziegel entwickelt, der mit einer biegsamen Perowskit-Solarfolie ausgestattet ist. Trotz der gewölbten Form erreicht dieses innovative Bauteil eine beachtliche Energieeffizienz von 12,4 Prozent. Die verwendete Technologie ist speziell für die grossflächige industrielle Fertigung im Roll-to-Roll-Verfahren konzipiert, was eine kostengünstige Produktion ermöglicht. Durch diese nahtlose Verbindung von Ästhetik und Funktion kann nachhaltiger Strom direkt in Gebäudestrukturen erzeugt werden, ohne zusätzliche Freiflächen zu beanspruchen. Dieses Projekt unterstreicht das europäische Bestreben, eine unabhängige und wettbewerbsfähige Solarindustrie für die moderne Stadtarchitektur aufzubauen.

Illustration © stromzeit.ch* NotebookLM:
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