Eine neue Generation von Solarzellen

Farbstoffsolarzelle

Fortschritt bei der Herstellung von Farbstoffsolarzellen – Glaslotversiegelte Farbstoffsolarmodule bieten neue Gestaltungs- möglichkeiten.

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Die neuen, so genannten Farbstoffsolarzellen, die die Sonnenenergie mit Hilfe eines aufgebrachten Farbstoffs in Strom umwandeln, sind in der Herstellung erheblich günstiger als die bekannten Silizium-Solarzellen. Ziel der Arbeiten ist, durch neue Fertigungskonzepte die Effektivität der Farbstoffsolarzellen zu steigern, um sie konkurrenzfähig zur Silizium-Zelle zu machen.

Farbstoffsolarzellen

Zudem hat sich die Forschergruppe zum Ziel gesetzt, flexible Farbstoffsolarzellen zu entwickeln, die zum Beispiel in Kleidung oder Zeltplanen integriert werden können. So könnten künftig unterwegs elektronische Geräte ohne Batterien betrieben werden. Ein attraktiver Nebenaspekt der neuen Solarzellen ist, dass sie in vielen bunten Farben hergestellt werden können, was sie als energiebringendes Accessoire durchaus populär machen könnte. Vier von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Projekte zur Entwicklung und Verbesserung von Farbstoffsolarzellen werden momentan unter der Leitung von Dr. Torsten Oekermann bearbeitet.

Herkömmlichen Silizium-Solarzellen

"Die herkömmlichen Silizium-Solarzellen sind zwar effizient im Gebrauch, aber auch sehr teuer in der Herstellung, weil die erforderlichen Hoch-Temperaturprozesse von fast 2000 Grad Celsius sehr energieaufwendig sind", erläutert Institutsdirektor Prof. Jürgen Caro. Erste Prototypen der Farbstoffsolarzellen, die aus Titandioxid bestehen, sind schon im Verkauf. Bei ihrer Herstellung ist allerdings immer noch eine Temperatur von mindestens 450 Grad Celsius erforderlich. Die hannoverschen Forscher arbeiten daran, durch elektrochemische Abscheidung von Titandioxid- und Zinkoxidschichten die Produktionstemperatur der Zellen auf Raumtemperatur abzusenken.

Halbleiteroxid-Filme

Entscheidend für die Herstellung von flexiblen Farbstoffsolarzellen ist die Erzeugung von Halbleiteroxid-Filmen bei möglichst niedrigen Temperaturen, weil sonst die leitenden Plastikunterlagen beschädigt werden. Und hier hält die Leibniz Universität Hannover einen Weltrekord: Die in Zusammenarbeit mit der japanischen Universität Gifu hergestellten porösen Zinkoxid-Filme sind im Wirkungsgrad flexibler Solarzellen bislang konkurrenzlos.

Zur Herstellung der Farbstoffsolarzellen werden die Halbleiteroxide als poröser Film auf eine leitfähige Unterlage aufgebracht. An diese Oxidschicht wird ein Farbstoff angelagert, in dessen Molekülen durch das Sonnenlicht Elektronen angeregt werden. Die angeregten Elektronen werden auf das Halbleiteroxid übertragen und diffundieren zum leitfähigen Rückkontakt. Über den äußeren Stromkreis gelangen die Elektronen zur Gegenelektrode und von dort durch einen Elektrolyten zurück zum Farbstoff. So wird ein Photostrom erzeugt. Um bei der elektrochemischen Abscheidung die nötige Porosität der Schichten zu erreichen, werden der Abscheidungslösung Additive hinzugefügt, die als "Template" für die Poren dienen. Hier beteiligt sich PD Dr. Michael Wark im gleichen Institut, der über langjährige Erfahrung bei der Anwendung solcher Additive in verschiedenen Herstellungsmethoden verfügt.

Dr. Torsten Oekermann
Institut für Physikalische Chemie und Elektrochemie
Leibniz Universität Hannover
E-Mail: torsten.oekermann@pci.uni-hannover.de