Geschichte der Photovoltaik: Von Becquerel bis zur Terawatt-Ära
Die Geschichte der Solarzelle von 1839 bis heute: Meilensteine, Effizienz-Rekorde, Preisentwicklung und die wichtigsten Persönlichkeiten der Photovoltaik.
Geschichte der Photovoltaik
Die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom gehört zu den bedeutendsten technologischen Errungenschaften der Menschheit. Was 1839 mit einer zufälligen Beobachtung in einem Pariser Labor begann, ist heute die am schnellsten wachsende Energiequelle der Welt. Dieser Artikel zeichnet die faszinierende Entwicklung der Photovoltaik nach — von den ersten physikalischen Grundlagen bis zur Terawatt-Ära.
Interaktive Timeline
Erkunden Sie die wichtigsten Meilensteine der Photovoltaik-Geschichte. Filtern Sie nach Kategorie, um gezielt Entdeckungen, technologische Durchbrüche, industrielle Meilensteine, politische Weichenstellungen oder Effizienz-Rekorde anzuzeigen.
Entdeckung des photoelektrischen Effekts
EntdeckungDer französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel entdeckt im Alter von nur 19 Jahren den photoelektrischen Effekt, als er beobachtet, dass bestimmte Materialien bei Lichteinfall elektrische Spannung erzeugen.
Photoleitfähigkeit von Selen
EntdeckungWilloughby Smith entdeckt die Photoleitfähigkeit von Selen – die elektrische Leitfähigkeit des Elements ändert sich bei Lichteinfall. Dies legt den Grundstein für die erste Solarzelle.
Erste Solarzelle aus Selen
TechnologieCharles Fritts baut die erste funktionsfähige Solarzelle aus einer Selen-Schicht mit dünner Goldbeschichtung. Der Wirkungsgrad beträgt nur etwa 1 %, doch das Prinzip ist bewiesen.
Einstein erklärt den Photoeffekt
EntdeckungAlbert Einstein veröffentlicht seine Arbeit zur Lichtquantenhypothese und erklärt den photoelektrischen Effekt. Dafür erhält er 1921 den Nobelpreis für Physik.
Czochralski-Verfahren
TechnologieJan Czochralski entwickelt ein Verfahren zur Herstellung von Einkristallen. Das Czochralski-Verfahren wird später zur Grundlage der Produktion von monokristallinem Silizium für Solarzellen.
Erste praktische Silizium-Solarzelle
TechnologieDaryl Chapin, Calvin Fuller und Gerald Pearson bei den Bell Laboratories entwickeln die erste praktisch nutzbare Silizium-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von etwa 6 %. Die New York Times nennt es "den Beginn einer neuen Ära".
Vanguard 1 – erster Solar-Satellit
IndustrieDer US-Satellit Vanguard 1 nutzt als erstes Raumfahrzeug Solarzellen zur Energieversorgung. Die Zellen liefern jahrelang zuverlässig Strom und beweisen die Langlebigkeit der Technologie.
Shockley-Queisser-Limit
EntdeckungWilliam Shockley und Hans-Joachim Queisser berechnen den theoretisch maximalen Wirkungsgrad einer Einfach-Solarzelle: etwa 33,7 % für Silizium. Dieses Limit gilt bis heute als fundamentale Grenze.
Ölkrise als Katalysator
PolitikDie erste Ölkrise löst weltweit eine Suche nach alternativen Energiequellen aus. Die Forschungsbudgets für Solarenergie steigen deutlich, besonders in den USA und Japan.
Amorphes Silizium (Dünnschicht)
TechnologieDavid Carlson und Christopher Wronski entwickeln die erste Solarzelle aus amorphem Silizium. Dünnschichtzellen ermöglichen günstigere Produktion, allerdings bei niedrigerem Wirkungsgrad.
20 % Wirkungsgrad erreicht
RekordDie University of New South Wales (UNSW) unter Martin Green erreicht erstmals einen Wirkungsgrad von über 20 % mit einer monokristallinen Silizium-Solarzelle im Labor.
Deutsches 1.000-Dächer-Programm
PolitikDeutschland startet das 1.000-Dächer-Programm – eine der ersten großen staatlichen Förderinitiativen für private PV-Anlagen auf Dächern. Es werden über 2.000 Anlagen installiert.
Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)
PolitikDas deutsche Erneuerbare-Energien-Gesetz tritt in Kraft und garantiert feste Einspeisevergütungen für Solarstrom über 20 Jahre. Das EEG wird zum internationalen Vorbild und löst einen Solarboom aus.
Deutschland wird PV-Weltmeister
IndustrieDeutschland überholt Japan und wird zum weltweit größten Markt für Photovoltaik. Die installierte Leistung wächst rasant von 400 MWp (2003) auf über 1 GWp.
Grid Parity in Sicht
IndustrieDie Kosten für PV-Strom sinken unter 0,25 €/kWh. Erstmals wird Grid Parity – die Kostengleichheit mit konventionellem Netzstrom – für sonnige Regionen prognostiziert.
PV-Kosten unter 1 $/Wp
IndustrieDer Modulpreis fällt erstmals unter 1 US-Dollar pro Watt peak (Wp). Chinesische Hersteller dominieren den Weltmarkt. Die Preise sind seit 2006 um über 70 % gefallen.
PERC-Zellen in Massenproduktion
TechnologieDie PERC-Technologie (Passivated Emitter and Rear Cell), ursprünglich in den 1980ern erfunden, geht in die Massenproduktion. PERC erhöht den Wirkungsgrad um 1–2 Prozentpunkte und wird zum neuen Standard.
Solar günstigste Energiequelle
IndustrieIn vielen sonnigen Regionen wird Photovoltaik zur günstigsten Form der Stromerzeugung überhaupt. Auktionspreise in Chile und den VAE fallen unter 3 US-Cent/kWh.
Perowskit-Tandem über 29 %
RekordDas Helmholtz-Zentrum Berlin erreicht mit einer Perowskit-Silizium-Tandemzelle einen Rekordwirkungsgrad von 29,15 %. Tandemzellen gelten als vielversprechendste Technologie für die nächste Generation.
TOPCon löst PERC ab
TechnologieTOPCon-Zellen (Tunnel Oxide Passivated Contact) beginnen PERC als dominante Technologie abzulösen. Große Hersteller wie LONGi und JA Solar stellen ihre Produktion um.
0 % MwSt auf PV in Deutschland
PolitikDeutschland führt den Nullsteuersatz (0 % Mehrwertsteuer) für private PV-Anlagen bis 30 kWp ein. Die Anschaffungskosten sinken deutlich. Ein Rekordjahr mit über 14 GWp Zubau.
Perowskit-Tandem über 33 %
RekordLONGi erzielt mit einer Perowskit-Silizium-Tandemzelle einen Rekordwirkungsgrad von 33,9 % im Labor. Erste kommerzielle Tandemmodule kündigen sich an.
HJT und TOPCon im Massenmarkt
IndustrieHeterojunction-Zellen (HJT) und TOPCon dominieren den Premium-Markt. Die durchschnittliche Moduleffizienz überschreitet 22 %. Weltweit sind über 2 TW (Terawatt) PV installiert.
Energy Sharing und 800W Balkonkraftwerke
PolitikDeutschland ermöglicht Energy Sharing ab Juli 2026. Die 800W-Einspeisegrenze für Balkonkraftwerke (mit bis zu 2.000 Wp Modulleistung) macht Solarenergie auch für Mieter zugänglich.
Die Anfänge: 1839–1953
Der photoelektrische Effekt
Die Geschichte der Photovoltaik beginnt 1839 in Paris. Der erst 19-jährige Alexandre Edmond Becquerel experimentierte mit elektrolytischen Zellen und bemerkte, dass bei Lichteinfall eine elektrische Spannung entstand. Er hatte den photoelektrischen Effekt entdeckt — ohne dessen Tragweite zu ahnen.
Jahrzehnte später, 1873, fand Willoughby Smith heraus, dass Selen seine elektrische Leitfähigkeit unter Lichteinfluss verändert. Darauf aufbauend konstruierte Charles Fritts 1883 die erste Solarzelle: eine mit Gold beschichtete Selen-Scheibe mit einem Wirkungsgrad von etwa 1 %.
Einstein und die Lichtquanten
1905 lieferte Albert Einstein die theoretische Erklärung für den Photoeffekt: Licht besteht aus Energiepaketen (Photonen), die beim Auftreffen auf ein Material Elektronen freisetzen können. Diese Erkenntnis, für die Einstein 1921 den Nobelpreis erhielt, war fundamental für das Verständnis der Photovoltaik.
1918 entwickelte Jan Czochralski ein Verfahren zur Herstellung von Einkristallen. Das nach ihm benannte Czochralski-Verfahren wird bis heute verwendet, um hochreines monokristallines Silizium für Solarzellen zu züchten.
Der Durchbruch: 1954 — Bell Labs
Am 25. April 1954 stellten Daryl Chapin, Calvin Fuller und Gerald Pearson in den Bell Laboratories die erste praktisch nutzbare Silizium-Solarzelle vor. Mit einem Wirkungsgrad von etwa 6 % war sie sechsmal effizienter als alle bisherigen Solarzellen.
Die New York Times schrieb auf Seite 1: “Die Verwendung von Sonnenenergie ist damit dem Beginn einer neuen Ära nähergekommen.”
Raumfahrt-Ära: 1958–1972
Die ersten kommerziellen Abnehmer für Solarzellen waren nicht Hausbesitzer, sondern Raumfahrtbehörden. 1958 startete der US-Satellit Vanguard 1 mit Solarzellen zur Energieversorgung. Die Zellen lieferten jahrelang zuverlässig Strom — weit länger als die chemischen Batterien an Bord.
In den folgenden Jahrzehnten wurden Solarzellen zur Standardenergieversorgung für Satelliten und Raumstationen. Die extremen Anforderungen der Raumfahrt trieben die technologische Entwicklung voran:
- Höherer Wirkungsgrad zur Gewichtsreduzierung
- Strahlenresistenz gegen kosmische Strahlung
- Langzeitstabilität über viele Jahre
Theoretische Grenzen: Das Shockley-Queisser-Limit
1961 berechneten William Shockley und Hans-Joachim Queisser den theoretisch maximalen Wirkungsgrad einer Einfach-Solarzelle: etwa 33,7 % für Silizium. Photonen mit zu wenig Energie können kein Elektron anregen (Transmissionsverlust), während überschüssige Energie als Wärme verloren geht (Thermalisierungsverlust).
Dieses fundamentale Limit zeigt, warum Multi-Junction- und Tandemzellen so vielversprechend sind: Durch die Kombination mehrerer Halbleitermaterialien kann ein breiteres Spektrum genutzt und das Limit überschritten werden.
Ölkrise und Terrestrische Nutzung: 1970er
Die Ölkrise von 1973 veränderte die Energiepolitik weltweit. Plötzlich wurde die Suche nach alternativen Energiequellen zur strategischen Priorität. Die Forschungsbudgets für Solarenergie stiegen sprunghaft an.
1976 entwickelten David Carlson und Christopher Wronski die erste Solarzelle aus amorphem Silizium (Dünnschicht). Diese Technologie ermöglichte deutlich günstigere Herstellungsverfahren, da weniger hochreines Silizium benötigt wurde.
Die Effizienz-Revolution
Die Entwicklung der Solarzellen-Effizienz ist eine der beeindruckendsten technologischen Fortschrittskurven der Geschichte:
Quellen: NREL Best Research-Cell Efficiency Chart, Fraunhofer ISE
Wichtige Meilensteine der Effizienz
- 1985: Martin Green an der UNSW erreicht erstmals 20 % mit einer monokristallinen Silizium-Zelle
- 1994: Die PERL-Zelle (Passivated Emitter, Rear Locally-diffused) erreicht 24 %
- 2014: PERC-Zellen (Passivated Emitter and Rear Cell) gehen in die Massenproduktion mit 20–22 %
- 2020: Perowskit-Silizium-Tandem erreicht 29,15 % (Helmholtz-Zentrum Berlin)
- 2024: LONGi erzielt 33,9 % mit Perowskit-Tandem — das Shockley-Queisser-Limit ist überschritten
Die Preis-Revolution
Noch dramatischer als die Effizienzsteigerung ist der Preisverfall der Solarmodule. Seit den 1970er Jahren sind die Kosten um über 99,8 % gesunken:
Quellen: Fraunhofer ISE, IRENA, Our World in Data. Preise in USD (2024) pro Watt Peak.
Swansons Gesetz
Ähnlich wie Moores Gesetz für Computerchips gibt es in der Photovoltaik das Swanson’sche Gesetz: Mit jeder Verdoppelung der kumulierten Produktionsmenge sinkt der Preis um etwa 20–24 %. Dieser Lernkurven-Effekt hat sich über vier Jahrzehnte stabil gehalten.
Die Gründe für den Preisverfall:
- Skaleneffekte durch Massenproduktion (besonders in China)
- Technologische Verbesserungen (dünnere Wafer, höherer Wirkungsgrad)
- Materialeffizienz (weniger Silizium pro Watt)
- Automatisierung der Fertigungsprozesse
- Wettbewerb zwischen Herstellern
Politische Meilensteine
Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)
Das Jahr 2000 markiert einen Wendepunkt. Das deutsche Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) garantierte feste Einspeisevergütungen für 20 Jahre und schuf damit die Investitionssicherheit, die für den Ausbau nötig war. Das EEG wurde weltweit kopiert und gilt als einer der wichtigsten Treiber der globalen Solarrevolution.
Weitere politische Meilensteine
- 1991: Deutsches 1.000-Dächer-Programm — erste große Dach-PV-Förderung
- 2004: Deutschland wird PV-Weltmeister (über 1 GWp installiert)
- 2023: 0 % Mehrwertsteuer auf private PV-Anlagen in Deutschland
- 2026: Energy Sharing und 800W-Balkonkraftwerk-Regelung in Deutschland
Aktuelle Technologien: TOPCon, HJT und Perowskit
Die Photovoltaik entwickelt sich weiterhin rasant. Die wichtigsten aktuellen Technologietrends:
| Technologie | Wirkungsgrad (kommerziell) | Status | Besonderheit |
|---|---|---|---|
| PERC | 20–22 % | Auslaufend | Bisheriger Standard seit 2014 |
| TOPCon | 22–25 % | Neuer Standard | Bessere Passivierung |
| HJT | 22–25 % | Premium-Markt | Niedrigster Temperaturkoeffizient |
| Perowskit-Tandem | >29 % (Labor) | Forschung/Pilotproduktion | Potenziell günstige Herstellung |
Mehr zu den einzelnen Technologien erfahren Sie im Artikel zu Modultypen und Wirkungsgrad.
Ausblick: Die Terawatt-Ära
2025 überschritt die weltweit installierte PV-Leistung erstmals 2 Terawatt — 2.000 Gigawatt. Zum Vergleich: Im Jahr 2000 waren es gerade einmal 1,5 GW. Die Internationale Energieagentur (IEA) prognostiziert bis 2030 über 5 TW installierte Leistung.
Die nächsten Jahre werden geprägt sein von:
- Perowskit-Tandemzellen in kommerzieller Produktion
- Agri-PV (Kombination von Landwirtschaft und Solarenergie)
- Gebäudeintegrierte PV (BIPV) als Fassaden- und Dachelemente
- Schwimmende Solaranlagen auf Gewässern
- Energy Sharing und dezentrale Energiegemeinschaften
Häufige Fragen
Wer hat die Solarzelle erfunden?
Die erste funktionsfähige Solarzelle wurde 1883 von Charles Fritts aus Selen gebaut. Die erste praktisch nutzbare Silizium-Solarzelle wurde 1954 von Chapin, Fuller und Pearson bei den Bell Laboratories entwickelt. Den zugrunde liegenden photoelektrischen Effekt entdeckte Becquerel bereits 1839.
Warum wurde Deutschland PV-Weltmeister?
Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) von 2000 garantierte feste Einspeisevergütungen über 20 Jahre und schuf damit einzigartige Investitionssicherheit. Zusammen mit dem 100.000-Dächer-Programm und fallenden Modulpreisen löste dies einen beispiellosen PV-Boom aus.
Wie stark sind die Preise für Solarmodule gefallen?
Seit 1976 sind die Modulpreise von ca. 76 USD/Wp auf unter 0,15 USD/Wp gefallen — ein Rückgang von über 99,8 %. Dieses Phänomen wird durch Swansons Gesetz beschrieben: Mit jeder Verdoppelung der Produktionskapazität sinkt der Preis um 20–24 %.
Was ist das Shockley-Queisser-Limit?
Das 1961 berechnete theoretische Maximum des Wirkungsgrads einer Einfach-Solarzelle aus Silizium: ca. 33,7 %. Es begrenzt, wie viel des einfallenden Sonnenlichts in Strom umgewandelt werden kann. Tandemzellen mit mehreren Halbleiterschichten können dieses Limit überschreiten.
Quellen: NREL Best Research-Cell Efficiency Chart, Fraunhofer ISE Photovoltaics Report, IRENA Renewable Cost Database, IEA World Energy Outlook, Our World in Data
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