Interview mit Professor Jan Philipp Hofmann: Neue Materialien für Solarzellen

Einleitung 

Unser Gesprächspartner war Prof. Jan Philipp Hofmann, welcher an der TU Darmstadt zu Oberflächenwissenschaft, Katalyse von Solartreibstoffen, chemische Energieumwandlung, anorganische Materialchemie und Spektroskopie forscht. Als Experte für neue Materialien zur Effizienzsteigerung von Solarzellen, lag unser Interesse besonders an Alternativen zu herkömmlichen Silizium Solarzellen. Wichtig war uns dabei zu sehen, wie der Forschungsstand aktuell ist und wie realistisch eine Flächendeckende Anwendung dieser Solarzellen ist.  

Das Interview mit Herrn Prof. Hofmann haben wir im Rahmen der Kurseinheit zur Energiegewinnung gehalten. Im Voraus haben wir uns zusätzlich zu dem Wissen über Silizium-Solarzellen noch über Perowskit informiert. Dies gehört in das Forschungsgebiet der Neuen Materialien. Zu Beginn des Interviews hat Herr Prof. Hofmann noch einmal grob den Aufbau einer Perowskit Solarzelle erläutert. Die NIP- oder PIN-Struktur besteht aus einem P-Dotierten Teil, der als Transportmaterial für Löcher fungiert. Darauf folgt die intrinsische Schicht, die nicht dotiert ist und aus dem Perowskitmaterial besteht. Ganz oben befindet sich der n-dotierte Teil, der für den Elektronentransport verantwortlich ist.  

[1] 

Forschungsbereiche und Projekte  

Prof. Hofmann arbeitet an Grundlagenforschung im Bereich der neuen Materialien für Solarzellen. Einerseits versucht er in seinen Forschungen unteranderem einen neuartigen Absorber zu entwickeln und Kontaktmaterialien auf die Absorber so anzupassen, dass die Bandlücken einen möglichst großen Teil des Lichtspektrums verwerten können, was für Effizienz sorgt. Außerdem fallen die Anwendung von Chalkogeniden (u.a. Antimonsulfide, Selenide und Barium-Zirkonium-Sulfid) bzw. weitere Salze und Materialien unter seinen Forschungsbereich. Hierbei ging es auch um die Verwendungen von Tandemmodulen mit Silizium. Essenziell sei es Ionen mit der Richtigen Größe in die Kristallgitter von Perowskiten einzusetzen, um die Größen der Bandlücken zu optimieren. Hierbei sorgen laut Prof. Hofmann größere Ionen wie Antimonselenide dafür, dass die Orbitale der Atome im Kristallgitter weniger überlappen und so kleiner Bandlücken entstehen. Den gegenteiligen Effekt haben kleinere Ionen, wie Antimonsulfide. Neue Materialien sollen in den Bereichen der Ionenmigration, Langlebigkeit und Defektchemie weiterhelfen.  

Nutzung und Zukunft von Perowskit-Solarzellen 

Silizium-Solarzellen sind aufgrund ihrer weiten Entwicklung und der bereits bestehenden Infrastruktur absolut dominant auf dem Markt. Der Einfluss des chinesischen Staates als Marktführer sorgt zusätzlich dafür, dass Silizium-Solarzellen in der breiten Anwendung aktuell nicht abzulösen sind. Allerdings ist die Skalierbarkeit von Perowskit-Solarzellen als positiv zu sehen, da diese mit vergleichsweise einfachen Herstellungsverfahren produziert werden können. Dabei ist auch ein Druckverfahren möglich, wobei mithilfe eines Polymersubstrates Schichten nacheinander aufgetragen werden und so eine hohe Skalierbarkeit erreicht werden kann. Das Problem dabei ist jedoch, dass Perowskit-Solarzellen sehr anfällig für Umwelteinflüsse sind, was die breite Anwendung erschwert. Neben äußeren Einflüssen kann es auch zur Wanderung von Iodid-Ionen kommen, was die IU-Kennlinie beeinflusst und gegebenenfalls zu Problemen führen kann. Perowskit-Solarzellen sind nur für spezielle Anwendungsbereiche, wie dem Anbringen auf Fensterscheiben (wegen ihrer Transparenz), als Tandemmodule oder im Labor anwendbar. 

Wieso ist es für neue Materialien so schwierig auf den Markt zu kommen? 

Dafür gibt es verschiedene Gründe zum einen haben Silizium-Solarzellen ihre Effizienz von 17% auf 25% in den letzten zehn Jahren gesteigert [2] und haben eine Energie Playback Zeit von einem Jahr. Zum anderen sind Siliziumsolarzellen sehr robust und haben eine Stabilität von 25 bis 30 Jahren. Dazu kommt noch das China auf die Produktion von Silizium setzt und dadurch kosten günstige Produkte auf den Markt kommen. Um Innovative Materialien an den Markt zu bringen, bräuchte es eine Staatliche Förderung in der Produktion und auch Subventionen im Vertrieb. Eine denkbare Möglichkeit wäre aktuell die Anwendung als Tandemmodule, da diese noch effizienter als reine Siliziummodule sind. Allerdings ist auch in dem Fall wieder die Langlebigkeit ein Problem. 

Quellen: 

[1] KLA Instruments™ (2026): The Ultimate Guide to Measuring Ultra-Thin Layers in Perovskite Solar Cells. AZoCleantech. Online verfügbar unter: https://www.azocleantech.com/article.aspx?ArticleID=1967 (Zugriff: 26.08.2026). 

[2] Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE (o. D.): Photovoltaics Report. Online verfügbar unter: https://www.ise.fraunhofer.de/en/publications/studies/photovoltaics-report.html (Zugriff: 19.08.2026).