Forscher steigern den Wirkungsgrad von Farbstoffsolarzellen auf 11,3 Prozent

Forschern an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne ist es offenbar gelungen, den Wirkungsgrad von Farbstoffsolarzellen auf 11,3 Prozent zu steigern. Das meldet zumindest das australische Unternehmen Dyesol, publiziert wurden die Ergebnisse bislang nicht. Dieser Wirkungsgrad ist immer noch relativ weit entfernt von dem kristalliner Solarzellen, aber dieser Nachteil könnte durch die deutlich geringeren Herstellungskosten aufgewogen werden. Darüber hinaus sind Farbstoffsolarzellen bauartbedingt deutlich flexibler einsetzbar als kristalline Zellen.

Farbstoffsolarzellen

Farbstoffsolarzellen haben mit kristallinen oder organischen Solarzellen nichts gemeinsam, ihr Funktionsprinzip erinnert eher an die Photosynthese als an die Photovoltaik. Erfunden wurden sie bereits 1991 von Michael Grätzel, weswegen sie auch als Grätzelzellen bezeichnet werden. Ein wenig Ähnlichkeit weisen Grätzelzellen auch zu Brennstoffzellen auf, allerdings im mikroskopischen Format. In einer Farbstoffsolarzelle liegen sich eine positive und eine negative Elektrode in sehr geringem Abstand von wenigen Hundertsteln Millimetern gegenüber. Die Rückseite der negativen Elektrode ist mit einem Farbstoff beschichtet, der Licht absorbiert. Dabei werden Elektronen aus dem Farbstoff gelöst und wandern durch die Elektrode. Diese wird dabei negativ aufgeladen, es entsteht also eine Spannung zwischen den beiden Elektroden, mit der ein externer Verbraucher betrieben wird. Die Elektronen wandern durch diese externe Leitung zur positiven Elektrode. Geschlossen wird der Stromkreis durch den Elektrolyten zwischen den Elektroden, durch den die Elektronen zurückfließen. Genau genommen fließen hier negative Ionen, an die sich die Elektronen anlagern. Die Kunst der Optimierung besteht in der Auswahl der richtigen Materialien. Der Farbstoff muss möglichst viel Licht absorbieren, der Transport der Elektronen durch die Elektrode muss möglichst verlustarm erfolgen. Auch die Wahl des Elektrolyts und der Beschichtung der Elektroden beeinflussen den Wirkungsgrad entscheidend. An welcher Stelle die Wissenschaftler in Lausanne die entscheidende Verbesserung vorgenommen haben, wird wohl erst mit der Publikation der Ergebnisse klar werden.

Einsatzmöglichkeiten

Wenngleich die Funktionsweise der Farbstoffsolarzellen sich grundlegend von der organischer Solarzellen unterscheidet, weisen beide Technologien ähnliche Vor- und Nachteile auf. Die wichtigsten Vorteile sind die potenziell sehr geringen Herstellungskosten in der Massenproduktion und die zahlreichen Einsatzmöglichkeiten. Beide Technologien ermöglichen es, Solarzellen in Form dünner Folien herzustellen, die darüber hinaus noch transparent sind. Damit können diese Folien nahezu überall angebracht werden, sogar auf Fensterglas. Die Materialschichten sind dabei so dünn, dass eine Herstellung im einfachen Druckverfahren möglich erscheint. Der Nachteil beider Technologien besteht in der vergleichsweise geringen Lebensdauer der Zellen. Sowohl organische Halbleiter als auch Farbstoffe reagieren empfindlich auf die UV-Anteile im Sonnenlicht. Die jetzt in Lausanne entwickelte Zelle nutz feste Farbstoffe, die sich diesbezüglich als stabiler erwiesen haben als flüssige. Der erzielte Wirkungsgrad von 11,3 Prozent wurde bislang nur mit flüssigen Farbstoffen erreicht.

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