An der TU Dresden suchen Forschende nach einem Ausweg aus einem lästigen Dilemma der Perowskit-Solarzellen: Die Dünnschichttechnik ist effizient und materialsparend, für ihre Herstellung kommen aber häufig Lösungsmittel zum Einsatz, die Menschen und Umwelt belasten können. Ein neues Verfahren soll deshalb schon vor den ersten Labortests zeigen, welche Alternativen sich lohnen.

Beteiligt sind Forschende der Technischen Universität Dresden, des TU-Dresden-Exzellenzclusters REC², des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) und der Universidad Nacional del Sur in Argentinien. Statt mehr oder weniger blind eine Substanz nach der anderen auszuprobieren, kombinierten sie physikalische und chemische Computermodelle.

Vom Lösungsmittel-Dschungel zu fünf Kandidaten

Im Mittelpunkt standen Hansen-Löslichkeitsparameter. Sie helfen dabei einzuschätzen, wie gut ein Lösungsmittel für die benötigten Ausgangsstoffe geeignet ist. Ergänzend berechneten die Forschenden mithilfe der Dichtefunktionaltheorie die Wechselwirkungen zwischen Lösungsmitteln und den Materialien der lichtaktiven Perowskitschicht.

Aus mehr als 1.200 möglichen Lösungsmitteln filterte das Team zunächst 21 Kandidaten heraus. 16 davon wurden zusätzlich mit der Dichtefunktionaltheorie untersucht. Für Labortests blieben schließlich fünf Stoffe übrig, die bislang nicht für diesen Zweck eingesetzt worden waren: Isopropylmethylcarbonat (IPMC), Methylisobutylcarbinol (MIBC), Isoamylacetat (IAAc), Isopropylacetat (IPAc) und ε-CPL.

Einige dieser Substanzen kennt man eher aus dem Lebensmittelbereich – als Aromastoffe oder essbare Zusatzstoffe. Das klingt zunächst angenehm nach Banane, Fruchtbonbon und Küchenregal, ist aber kein Freifahrtschein. Ob ein Stoff sicher ist, hängt unter anderem von Konzentration, Exposition und Prozessbedingungen ab. Was in Lebensmitteln funktioniert, muss nicht automatisch in einem industriellen Beschichtungsprozess unbedenklich sein.

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Mehr als 20 Prozent Wirkungsgrad

Mit allen fünf Lösungsmitteln stellten die Forschenden bleiiodidbasierte Perowskit-Solarzellen in invertierter Architektur her – ohne zusätzliche Passivierung. Jede Variante erreichte einen Wirkungsgrad von mehr als 20 Prozent. Die besten Werte lieferten IAAc mit 23,2 Prozent und IPAc mit 22,6 Prozent.

Die mit dem bislang häufig eingesetzten Lösungsmittel DMF gefertigten Referenzzellen kamen im Mittel auf etwa 21 Prozent. DMF gilt insbesondere mit Blick auf industrielle Prozesse und den Arbeitsschutz als problematisch. IAAc zeigte im statistischen Vergleich eine leichte Verbesserung gegenüber DMF. Einen grundsätzlichen Effizienzsprung durch die neuen Lösungsmittel belegt die Untersuchung allerdings nicht.

Interessant wurde es bei der Photolumineszenz, also beim Verhalten der Ladungsträger im Material. Für IPAc wurden Lebensdauern von 336 Nanosekunden gemessen, für IAAc 369 Nanosekunden. Die DMF-Referenz lag bei 270 Nanosekunden. Das deutet auf geringere nicht-radiative Rekombinationsverluste hin – Ladungsträger gehen also offenbar seltener auf nicht nutzbare Weise verloren.

Perowskit-Dünnschichtsolarzellen gelten als vielversprechend, weil sie Sonnenlicht gut in Strom umwandeln und ungefähr 100-mal weniger Material benötigen als herkömmliche Siliziumzellen. Ihre Leistungsfähigkeit hängt jedoch nicht nur vom Perowskit selbst ab. Die Eigenschaften des Lösungsmittels beeinflussen, wie sich die Materialien verarbeiten lassen und wie gut das fertige Bauteil arbeitet.

Weniger Versuchsläufe, mehr Möglichkeiten

Bisher wurden geeignete Lösungsmittel häufig durch wiederholtes Ausprobieren im Labor gesucht. Das kann dauern, kostet Ressourcen und führt nicht unbedingt zu Stoffen, die man zu Beginn überhaupt auf dem Schirm hatte. Rechnerisch ungeeignete Kandidaten lassen sich nun frühzeitig aussortieren; zugleich öffnet sich der Suchraum für wenig untersuchte Substanzen.

Der Hauptvorteil des Ansatzes liegt deshalb weniger in einem spektakulären Rekordwert als in der Vorauswahl. Wenn Modelle brauchbare Kandidaten liefern, müssen Forschende weniger Experimente ansetzen und können ein größeres Spektrum nachhaltiger Lösungsmittel prüfen. Das könnte die Abhängigkeit von giftigen Substanzen und den Ressourcenaufwand bei der Entwicklung neuer Herstellungsverfahren verringern.

Für großflächige Beschichtungen und industrielle Produktionsverfahren ist die Sache aber noch nicht entschieden. Skalierbarkeit, Prozessstabilität, Langzeitverhalten und Arbeitsschutz müssen erst untersucht werden. Ein Lösungsmittel, das im Labor eine kleine Solarzelle sauber hinbekommt, ist noch nicht automatisch bereit für eine kilometerlange Produktionslinie.

Recycling als nächster Prüfstein

Das Forschungsteam will als Nächstes prüfen, ob sich die geeigneten Lösungsmittel recyceln lassen und ob sie dadurch die Recyclingfähigkeit von Perowskit-Solarzellen verbessern können. Das passt zum Ziel des Exzellenzclusters REC², Elektronik über ihren gesamten Lebenszyklus nachhaltiger zu machen – durch Ersetzen, Reduzieren und Recyceln.

Der Modellierungsansatz könnte laut den Forschenden außerdem auf andere lösungsmittelbasierte Elektroniktechnologien übertragen werden. Die Methode wäre damit nicht auf Perowskit-Solarzellen beschränkt, sondern könnte auch dort helfen, wo bislang erst viele Fläschchen geöffnet, Versuche angesetzt und Ergebnisse abgewartet werden müssen.

Die peer-reviewte Studie erschien am 11. August 2026 online in Energy & Environmental Science. Sie trägt den Titel „A predictive approach for fabricating efficient perovskite solar cells using green solvents“ und hat den DOI 10.1039/D6EE02509A. Die Veröffentlichung wurde im August 2026 online publiziert; der aktuelle Forschungsstand wird auch in Berichten vom 24. September 2026 aufgegriffen.