Innovative Farbstoffsolarzellen sorgen für Aufsehen

Unter der Leitung von Udo Bach gelang es Wissenschaftlern, Tandem-Farbstoffsolarzellen so herzustellen, dass sich deren Wirkungsgrad langfristig verdreifachen könnte.


Stapelung verbessert Energieausbeute

Eine Tandem-Zelle besteht aus zwei übereinander geschichteten Solarzellen aus verschiedenen Materialien. Ziel dabei ist es, den Wirkungsgrad zu erhöhen. Dafür werden die Solarzellen für einen bestimmten Wellenlängenbereich ausgelegt. Im Zusammenwirken wird dann ein breiteres Spektrum des einfallenden Lichtes absorbiert als mit den einzelnen Komponenten. Im Falle von Farbstoffsolarzellen müssen die Forscher jedoch einige Hindernisse überwinden, um einen entsprechenden Ladungstransport zwischen den Schichten zu gewährleisten. "Um bei Farbstoff-sensibilisierten Solarzellen eine Tandemzelle herstellen zu können, ist die Entwicklung von effizienten Photokathoden notwendig", erklärt Peter Bäuerle, Professor am Institut für Organische Chemie der Universität Ulm.

"Bisherige Farbstoff-sensibilisierte Solarzellen beinhalten eine Photokathode, die mit einem Farbstoff belegt ist, und eine metallische Kathode. Unsere Neuentwicklung zeigt jetzt, dass man die (nicht-transparente) metallische Kathode auch durch eine transparente Photokathode aus Nickeloxid ersetzen kann", so der Experte weiter.


Weitere Forschungen nötig

Hierzu mussten die Forscher einen Farbstoff finden, der auf der Photokathode absorbiert wird, sodass die Tandemzelle jetzt aus einer Farbstoff-sensibilisierten Photoanode und einer Farbstoff-sensibilisierten Photokathode besteht. "Wir konnten prinzipiell die Funktion einer solchen Tandemzelle zeigen, wobei die Effizienzen noch eher gering sind, weil die beiden Farbstoffe und Elektroden noch nicht aufeinander abgestimmt sind", gibt Bäuerle zu bedenken.

"Durch diese Innovation sind wir einer kosteneffizienten und umweltfreundlichen Energiequelle einen Schritt näher gekommen", meint Bach. Es seien jedoch weitere Optimierungen der Prozesse nötig. Anders als herkömmliche Siliziumzellen wandeln die hier entwickelten Farbstoff-sensibilisierten Solarzellen rund 2,4 Prozent des Sonnenlichts in elektrischen Strom um. Eine Verdreifachung sei durch weitere Verbesserungen jedoch realisierbar.

Unter Laborbedingungen wurden mit Farbstoff-sensibilisierten Solarzellen bereits bis zu elf Prozent Wirkungsgrad erzielt. Diese elektrochemischen Dünnschicht-Solarzellen haben zusätzlich den Vorteil, auch diffuses Licht gut nützen zu können. Sie beruhen quasi auf einer photosynthetischen Reaktion. Ein Farbstoffmolekül absorbiert dabei das Licht und erzeugt dadurch Elektronen, die dann in die Leitungsbahn eines Halbleiterfilms fließen und sich weiter durch einen externen Stromkreis bewegen. (pte)