Die bekannteste Variante verbindet eine obere Solarzelle aus Perowskit mit einer unteren Solarzelle aus Silizium. Dadurch kann ein größerer Teil des Sonnenspektrums zur Stromerzeugung genutzt werden. Das Ergebnis sind höhere Wirkungsgrade und potenziell mehr Solarstrom auf derselben Fläche.
Erste Tandemmodule wurden bereits kommerziell ausgeliefert. Gleichzeitig arbeiten Forschungseinrichtungen und Hersteller weiterhin an der Langzeitstabilität, der industriellen Serienproduktion und wirtschaftlichen Herstellungsverfahren.
Inhaltsverzeichnis
- Was sind Tandem-Solarzellen?
- Wie funktionieren Tandem-Solarzellen?
- Welche Materialien werden kombiniert?
- Sieben Vorteile der Tandemtechnologie
- Aktueller Entwicklungsstand
- Herausforderungen und offene Fragen
- Eignung für private und gewerbliche PV-Anlagen
- Fazit
Inhaltsverzeichnis
- Was sind Tandem-Solarzellen?
- Wie funktionieren Tandem-Solarzellen?
- Welche Materialien werden kombiniert?
- Sieben Vorteile der Tandemtechnologie
- Aktueller Entwicklungsstand
- Herausforderungen und offene Fragen
- Eignung für private und gewerbliche PV-Anlagen
- Fazit
Was sind Tandem-Solarzellen?
Eine klassische Solarzelle besteht meistens aus einem einzigen Halbleitermaterial. In der heutigen Photovoltaik kommt überwiegend kristallines Silizium zum Einsatz.
Dieses Material kann jedoch nicht das gesamte Sonnenlicht optimal verwerten. Ein Teil der einfallenden Energie wird nicht aufgenommen oder geht innerhalb der Solarzelle als Wärme verloren.
Tandem-Solarzellen kombinieren deshalb mindestens zwei Solarzellen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften. Die einzelnen Teilzellen werden so aufeinander abgestimmt, dass jede Schicht einen bestimmten Bereich des Lichtspektrums nutzt.
Dabei nimmt die obere Zelle vor allem energiereiches Licht auf. Licht mit längeren Wellenlängen gelangt zur unteren Zelle und wird dort in elektrische Energie umgewandelt.
Das Fraunhofer ISE beziffert das theoretische Wirkungsgradlimit einer klassischen Siliziumsolarzelle auf etwa 29,4 Prozent. Durch die Kombination mit einer dünnen Perowskit-Oberzelle kann das theoretische Limit einer Perowskit-Silizium-Tandemzelle auf rund 43,3 Prozent steigen.
Wie funktionieren Tandem-Solarzellen?
Das Sonnenlicht setzt sich aus verschiedenen Wellenlängen zusammen. Unterschiedliche Halbleitermaterialien reagieren jeweils besonders gut auf bestimmte Bereiche dieses Spektrums.
Bei einer Perowskit-Silizium-Tandemzelle übernimmt die Perowskitschicht die Funktion der oberen Solarzelle. Sie verarbeitet insbesondere den energiereicheren Anteil des Sonnenlichts. Die darunterliegende Siliziumzelle nutzt den verbleibenden längerwelligen Lichtanteil.
Durch diese Arbeitsteilung entstehen geringere Umwandlungsverluste als bei einer einzelnen Solarzelle.
Monolithische Tandemzellen
Bei einer monolithischen Tandemzelle werden die beiden Teilzellen direkt miteinander verbunden. Diese Bauweise wird auch als Zwei-Terminal- oder 2T-Tandemzelle bezeichnet.
Der Aufbau kann den späteren Modulbau vereinfachen. Allerdings müssen die erzeugten Ströme beider Teilzellen möglichst genau aufeinander abgestimmt sein.
Vier-Terminal-Tandemzellen
Bei einer Vier-Terminal- oder 4T-Tandemzelle besitzen beide Teilzellen eigene elektrische Anschlüsse. Sie können dadurch unabhängiger voneinander arbeiten.
Der Aufbau ist technisch flexibler, benötigt jedoch zusätzliche Schichten und elektrische Verbindungen. Das kann die Herstellung komplexer machen.
Welche Materialien werden kombiniert?
Für Tandemzellen kommen unterschiedliche Materialkombinationen infrage. Dazu zählen unter anderem:
- Perowskit und Silizium,
- III-V-Halbleiter und Silizium,
- Perowskit und Perowskit,
- Perowskit und organische Solarzellen.
Für eine breitere Nutzung in der Photovoltaik gelten insbesondere Perowskit-Silizium-Tandem-Solarzellen als interessant. Sie bauen auf der etablierten Siliziumtechnologie auf und ergänzen diese um eine sehr dünne Perowskitschicht.
Perowskite besitzen eine anpassbare Bandlücke und können Licht stark absorbieren. Dadurch lassen sie sich gezielt auf die darunterliegende Siliziumzelle abstimmen.
7 starke Vorteile von Tandem-Solarzellen
1. Höherer Wirkungsgrad
Der wichtigste Vorteil ist der höhere mögliche Wirkungsgrad. Da die Teilzellen unterschiedliche Lichtbereiche verwerten, kann mehr Sonnenenergie in elektrischen Strom umgewandelt werden.
Im Labor erreichen Perowskit-Silizium-Tandemzellen bereits Wirkungsgrade von mehr als 30 Prozent. Das Fraunhofer ISE stellte beispielsweise eine skalierbar hergestellte Zelle mit einem Wirkungsgrad von 31,6 Prozent vor.
2. Mehr Solarstrom auf derselben Fläche
Ein höherer Modulwirkungsgrad bedeutet, dass auf einer gleich großen Fläche mehr Leistung installiert werden kann.
Das ist besonders interessant für:
- kleine Hausdächer,
- Gewerbedächer mit begrenzter Fläche,
- Solarcarports,
- Fassaden,
- Fahrzeuge und mobile Anwendungen,
- Gebäude mit hohem Stromverbrauch.
Gerade in dicht bebauten Gebieten kann die verfügbare Dachfläche zu einem entscheidenden Faktor werden.
3. Bessere Nutzung des Sonnenlichts
Siliziumzellen können nur einen Teil des Sonnenspektrums optimal verwerten. Tandemzellen teilen das Spektrum dagegen auf mehrere spezialisierte Teilzellen auf.
Dadurch werden sowohl kurzwellige als auch längerwellige Lichtanteile besser genutzt. Weniger Energie geht ungenutzt oder als Wärme verloren.
4. Potenzial für leistungsstärkere Solarmodule
Ein Vollformat-Tandemmodul von Oxford PV und dem Fraunhofer ISE erreichte bereits 2024 einen Wirkungsgrad von 25 Prozent bei einer Leistung von 421 Watt und einer Fläche von 1,68 Quadratmetern. Im Jahr 2025 meldete Oxford PV für ein Modul im Wohngebäudeformat einen Wirkungsgrad von 26,9 Prozent.
Solche Werte zeigen, dass die Technologie nicht nur bei kleinen Laborzellen funktioniert, sondern zunehmend auf größere Modulflächen übertragen wird.
5. Weiterverwendung etablierter Siliziumtechnologie
Perowskit-Silizium-Tandemzellen ersetzen die bewährte Siliziumzelle nicht vollständig. Vielmehr wird sie als untere Teilzelle weiterverwendet.
Dadurch könnten bestehende Erfahrungen, Produktionsverfahren und Lieferketten der Siliziumindustrie teilweise genutzt werden. Die Herausforderung besteht darin, die zusätzliche Perowskitschicht gleichmäßig und reproduzierbar auf industriell strukturierte Siliziumzellen aufzubringen.
Fraunhofer-Forschende demonstrierten 2025 ein skalierbares Hybridverfahren aus Aufdampfen und Klingenbeschichtung. Damit wurden vollständig strukturierte Tandemzellen mit Wirkungsgraden nahe 28 Prozent hergestellt.
6. Geringerer Flächenbedarf pro Kilowatt
Steigt die Modulleistung bei gleicher Größe, werden für eine festgelegte Anlagenleistung weniger Module benötigt.
Dadurch könnten sich abhängig vom jeweiligen Projekt Vorteile bei folgenden Bereichen ergeben:
- benötigte Dachfläche,
- Unterkonstruktion,
- Verkabelung,
- Montageaufwand,
- Flächennutzung.
Ob daraus tatsächlich niedrigere Gesamtkosten entstehen, hängt jedoch von den Modulpreisen, der Lebensdauer und den Produktionskosten ab.
7. Perspektive für geringere Stromgestehungskosten
Ein höherer Wirkungsgrad kann nicht nur die Modulleistung erhöhen, sondern auch die Kosten pro erzeugter Kilowattstunde senken. Viele Anlagenkosten hängen von der Fläche oder der Modulanzahl ab und steigen nicht im gleichen Verhältnis wie der Wirkungsgrad.
Eine technoökonomische Untersuchung des US-amerikanischen Forschungszentrums NREL kam zu dem Ergebnis, dass insbesondere Modulwirkungsgrad, Produktionsdurchsatz und verwendete Siliziumzellarchitektur die Wettbewerbsfähigkeit beeinflussen.
Aktueller Entwicklungsstand der Tandem-Solarzellen
Die Tandemtechnologie hat den reinen Forschungsstatus inzwischen teilweise verlassen. Oxford PV meldete 2024 die erste kommerzielle Auslieferung von Perowskit-Silizium-Modulen an einen Kunden in den USA. Die ausgelieferten Module wurden mit einem Wirkungsgrad von 24,5 Prozent angegeben.
Trotzdem sind Tandemmodule noch kein allgemein verfügbares Standardprodukt für private Photovoltaikanlagen. Die meisten heute installierten PV-Anlagen verwenden weiterhin klassische Siliziummodule mit PERC-, TOPCon- oder Heterojunction-Zellen.
Das Fraunhofer ISE eröffnete 2026 ein neues Labor, das die Entwicklung von Perowskit-Silizium-Zellen auf größeren Flächen und die schnellere Überführung in industrielle Produktionsprozesse unterstützen soll.
Welche Herausforderungen bestehen noch?
Langzeitstabilität und Lebensdauer
PV-Module müssen mehrere Jahrzehnte zuverlässig im Außenbereich arbeiten. Sie sind dabei Feuchtigkeit, Hitze, Frost, UV-Strahlung und mechanischen Belastungen ausgesetzt.
Perowskitmaterialien sind gegenüber diesen Einflüssen empfindlicher als etablierte Siliziumzellen. Deshalb gehören Stabilität, Verkapselung und nachweisbare Lebensdauer zu den wichtigsten Voraussetzungen für eine breite Markteinführung.
Industrielle Serienproduktion
Hohe Wirkungsgrade kleiner Laborzellen lassen sich nicht automatisch auf große Module übertragen. Beschichtungen müssen auf vollständigen Wafer- und Modulflächen gleichmäßig, schnell und reproduzierbar hergestellt werden.
Auch die Produktionsausbeute und der Materialverbrauch müssen wirtschaftlich konkurrenzfähig sein.
Verhalten unter realen Bedingungen
Die Leistung einer Tandemzelle hängt stärker von der spektralen Zusammensetzung des Sonnenlichts ab. Diese verändert sich beispielsweise durch Tageszeit, Jahreszeit, Bewölkung und Standort.
Für verlässliche Leistungsangaben sind deshalb spezielle Mess- und Kalibrierungsverfahren erforderlich. Klassische Prüftechnik für reine Siliziummodule lässt sich nicht immer unverändert verwenden.
Umweltverträglichkeit und Recycling
Viele leistungsfähige Perowskitmaterialien enthalten geringe Mengen Blei. Deshalb müssen sichere Verkapselungen, Rücknahmesysteme und geeignete Recyclingverfahren entwickelt werden.
Forschungsprojekte untersuchen sowohl bleiarme Materialien als auch Verfahren zur Rückgewinnung und sicheren Bindung der eingesetzten Stoffe.
Eignen sich Tandemmodule bereits für private PV-Anlagen?
Für die meisten privaten und gewerblichen Projekte sind etablierte Siliziummodule derzeit weiterhin die naheliegende Lösung. Sie sind breit verfügbar, technisch erprobt und werden mit langfristigen Produkt- und Leistungsgarantien angeboten.
Tandemmodule könnten künftig besonders dort attraktiv werden, wo:
- nur wenig Dachfläche vorhanden ist,
- möglichst viel Leistung installiert werden soll,
- hohe Flächenkosten entstehen,
- das Gewicht oder die Modulanzahl begrenzt werden muss,
- besonders leistungsfähige Gebäudehüllen geplant werden.
Beim Vergleich sollten jedoch nicht nur Wirkungsgrad und Nennleistung betrachtet werden. Ebenso wichtig sind Preis, Garantiebedingungen, Degradation, Zertifizierung, Herstellerbonität und langfristige Verfügbarkeit.
Weitere Informationen zu bestehenden Modultypen finden Sie auf unserer Seite zu PV-Modulen. Für die Auslegung einer vollständigen Anlage empfehlen wir außerdem unseren Bereich Photovoltaikplanung.
Fazit: Tandem-Solarzellen besitzen großes Potenzial
Tandem-Solarzellen können das Sonnenlicht effizienter nutzen als klassische Solarzellen aus nur einem Halbleitermaterial. Besonders die Kombination aus Perowskit und Silizium ermöglicht deutlich höhere Wirkungsgrade und mehr Leistung auf begrenzten Flächen.
Erste kommerzielle Module und großformatige Wirkungsgradrekorde zeigen, dass die Technologie zunehmend den Übergang vom Labor in die industrielle Anwendung erreicht. Bis zum breiten Einsatz müssen jedoch insbesondere Langzeitstabilität, Serienproduktion, Zertifizierung und Recycling weiterentwickelt werden.
Für die kurzfristige Planung einer Photovoltaikanlage bleiben hochwertige Siliziummodule die etablierte Lösung. Mittel- bis langfristig könnten Tandemmodule jedoch einen wichtigen Technologiesprung für besonders leistungsfähige Photovoltaikanlagen ermöglichen.
