Weltweit suchen Forscher nach einer Möglichkeit, die Effizienz von Solarzellen zu erhöhen. Denn die marktüblichen Silizium-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von maximal 33 Prozent sind technisch ausgereift. Für mehr Power aus dem Sonnenlicht muss also ein neuer technologischer Ansatz her. Chemiker der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) im Arbeitskreis von Professor Guldi wollen mithilfe der so genannten Singulett-Spaltung die Zahl der Elektronen, die von einfallenden Lichtteilchen (Photon) angeregt werden, verdoppeln und damit am Ende einen Gesamtwirkungsgrad von 43 Prozent erreichen.
Dr. Andreas Kunzmann erklärt, wie das funktioniert: „Trifft ein Photon auf ein Molekül und wird dort absorbiert, dann hebt es in diesem ein Elektron auf ein höheres Energieniveau. In einigen Fällen ist es möglich, dass ein Molekül seine überschüssige Energie benutzt, um ein zweites Molekül in einen angeregten Zustand zu versetzen.“ Ein Photon hat so zwei Elektronen generiert, die allerdings beide zusammen auf einem niedrigeren Energielevel sind als die ursprüngliche Anregung durch das Photon.
Genau hier lag die Herausforderung, die das Forschungsteam in Zusammenarbeit mit Chemikern der Universität von Alberta (Kanada) unter der Leitung von Professor Tykwinski gemeistert hat: „Die beiden niedrigenergetischen Elektronen können nicht zur Stromerzeugung genutzt werden. Sie schaffen den Weg vom Farbstoff, hier Pentacen, nicht auf den hochenergetischen Halbleiter. Senkt man aber auch das Energielevel des Halbleiters, klappt die Stromerzeugung – etwa mit dem niederenergetischen Indium-Zink-Oxid“. Weil aber das Energielevel dann insgesamt so niedrig sei, sinke auch die Spannung und damit der Wirkungsgrad der Solarzelle, so Kunzmann weiter. „Er liegt derzeit bei nur einem Prozent. Allerdings wissen wir, wie wir das Energielevel heben, ohne an Elektronen-Ausbeute zu verlieren und auch wie wir den Farbstoff noch stabiler machen“, erklärt der Chemiker und sagt voraus: „Nach einigen weiteren Jahren Forschungsarbeit sollten die Ingenieure nur noch damit beschäftigt sein, eine massentaugliche Produktion zu entwickeln. Sind die Solarzellen marktreif, liefern sie ein Drittel mehr Leistung als die Siliziumzellen, die heute auf den Dächern sind – zu einem Zehntel des Preises.“
