Farbstoff-Solarzellen mit Wirkungsgrad-Rekord

17. Juni 2019, 13:42 Uhr
Neuer molekularer Farbstoff verbessert die Effizienz von Solarzellen. Bild: Izumi Mindy Takamiya / Universität Kyoto.
Neuer molekularer Farbstoff verbessert die Effizienz von Solarzellen. Bild: Izumi Mindy Takamiya / Universität Kyoto.
Japanische Forscher steigern den Wirkungsgrad von Farbstoff-Solarzellen mit Hilfe von aromatischem Porphyrin auf für diese Art von Solarzellen sensationelle 10,7 %.

Forscher des Instituts für Integrierte Zell-Materialwissenschaften der Universität Kyoto haben eine bekannte Art von Farbstoff-Solarzellen durch Änderung ihrer Struktur deutlich effizienter gemacht. Der im Journal of the American Chemical Society (JACS) veröffentlichte Forschungsbericht erläutert von einer Reihe von Anpassungen, die zu einem Wirkungsgrad von 10,7 % führen – der bisher höchsten Effizienz für diese Art von Farbstoff-Solarzellen. Dabei ist durchaus noch Potential nach oben, denn theoretisch wären auch bis zu 30 % erreichbar.

Aktuelle Farbstoff-Solarzellen bestehen aus einem molekularen Farbstoff auf einer porösen Titandioxid-Schicht. Das vom Farbstoff eingefangene Sonnenlicht setzt in diesem Elektronen frei, die durch die darunter befindliche Metalloxidschicht abgeleitet werden und so als elektrische Energie zur Verfügung stehen. Da diese Solarzellen leicht und preiswert sind, sind sie als Ersatz konventioneller Solarzellen auf Siliziumbasis von hohem Interesse. Allerdings längst ihr Wirkungsgrad bisher zu wünschen übrig.

Es gibt verschiedene Ansätze zur Strukturierung dieser Solarzellen; wobei die aromatische Ringfusion zu einem Porphyrinkern die Attraktivste ist, da dieses Material rotes Licht gut absorbiert. Doch es gibt auch Schattenseiten: Die Elektronen werden hier nur für eine kurze Zeit angeregt und bleiben daher nur kurz für die Nutzung als elektrische Energie verfügbar.
Um die Effizienz zu verbessern, wurde von den japanischen Forschern die Verwendung eines mit dem Porphyrinkern verschmolzenen, methylengebundenen Materials untersucht. Damit konnte die Aggregation von Elektronen verhindert und so Energieumwandlung verbessert werden.

Mit dem neuen Molekülfarbstoff DfZnP-iPr erreichten sie eine deutlich höhere Effizienz als bisherige Farbstoff-Solarzellen. Dies könnte einen Schub für Hochleistungs-Solarzellen auf Farbstoff-Basis bedeuten und durch niedrigere Kosten die Steigerung der umweltneutralen Energiegewinnung mit sich bringen.
 
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