Herkömmliche Solarzellen aus aus kristallinem Silizium sind bisher zu teuer, um sie für große Flächen einzusetzen. Eine Alternative könnten in Zukunft Farbstoffzellen darstellen, an deren Weiterentwicklung Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) gemeinsam mit Kollegen vom Freiburger Materialforschungszentrum arbeiten.
Ein wesentlicher Vorteil der Farbstoffsolarzelle sind die im Prinzip preisgünstigen Ausgangsmaterialien sowie einfachste Herstellungsschritte, erklärt Andreas Hinsch, Leiter der Arbeitsgruppe Farbstoff- und Organische Solarzellen am ISE. Der Aufbau der Farbstoffsolarzellen unterscheidet sich völlig von gewöhnlichen Solarzellen aus Silizium und orientiert sich an der Photosynthese von Pflanzen. “Was in Pflanzen Chlorophyll bewirkt, leistet in unseren Solarzellen ein farbiger und chemisch besonders stabiler Edelmetallkomplex”, so Hinsch.
Einfallendes Sonnenlicht löst Elektronen aus einem synthetischen Farbstoff, der sich zwischen den zwei Glasplättchen der Solarzelle befindet. Die Teilchen bewegen sich über eine angrenzende Schicht Titandioxid, die auf das Glas aufgedampft ist, direkt auf die Elektrode zu. Nach Abgabe ihrer Energie an ein Elektrogerät gelangen sie über die positive Elektrode zurück in die Zelle. Durch eine Elektrolyt-Lösung erreichen sie anschließend die positiv geladenen Farbstoffatome.
Alle aktiven Schichten sind dabei nur 20 Mikrometer dünn, das entspricht einem Drittel der Dicke des menschlichen Haars. Noch liegt der Wirkungsgrad der Farbsolarzellen bei acht Prozent und damit deutlich unter dem von Siliziumsolarzellen (25 bis 30 Prozent). Einen Wirkungsgrad bis zu zwölf Prozent halten die Wissenschaftler jedoch für möglich. Neben der Steigerung des Wirkungsgrads suchen die Forscher nach einer industriell anwendbaren Fertigungstechnologie und einer Alternative zum flüssigen Elektrolyt, der den Strom gut transportiert, bei unzureichender Versiegelung der Zelle aber leicht austrocknen kann.
Almut Bruschke-Reimer
