Revolution in der Solarenergietechnik

Forschende der ETH Lausanne (EPFL) und der Universität Stanford (USA) haben in Lausanne eine neue Generation Solarzellen entwickelt und getestet. Dabei handelt es sich um eine völlig neue Technologie, die Forschenden sprechen von einer "Revolution im Bereich Solarenergie".

«Diese Solarzellen sind das Modell für eine neue Art, Licht einzufangen und es in elektrische Energie umzuwandeln», beschreibt Michael Grätzel, Professor an der ETH Lausanne (EPFL) und Erfinder der Farbstoffsolarzellen, die Entdeckung. Dank der Zugabe eines zweiten Farbstoffs reagieren die Solarzellen nun auf ein grösseres Lichtspektrum. Die Resultate der Forschungsarbeiten von Grätzels Team und den Universitäten Stanford, Berkeley und GeorgiaTech (USA) werden diese Woche im Magazin Nature Photonics präsentiert.

Die Farbstoffsolarzellen, aufgrund des Namens ihres Erfinders auch Grätzel-Zellen genannt, wurden Anfang der 1990-er Jahre entwickelt. Die Farbstoffe der Zellen werden wie das natürliche Pflanzenchlorophyll durch Licht stimuliert und produzieren eine elektrische Ladung. Solarzellen mit dieser Technologie sind auch bei schwachem Lichteinfall sehr effizient und zudem kostengünstig. Diese Vorteile kompensieren die etwas geringere Stromausbeute im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen bei weitem.  

Die Ausbeute verbessern

Die von Michael Grätzel verwendeten Farbstoffe, die Phthalocyanine, reagieren nur auf das Rotspektrum des Lichts. Durch die Zugabe neuer Farbstoffe, der Perylene (siehe Grafik), konnte die Sensibilität der Zellen nun auf die Grün- und Blauspektren ausgeweitet und ihre Effizienz dadurch gesteigert werden.   Perylene produzieren nicht unmittelbar eine elektrische Spannung. Sie reagieren auf die blauen und grünen Lichtspektren und übermitteln diese Energie an die Phthalocyanine, die dann eine Spannung generieren. Khaja Nazeeruddin, Forscher im Team von Michael Grätzel, erklärt das Prinzip: «Ein einzelner Farbstoff kann nicht auf das gesamte Lichtspektrum reagieren. Deshalb gaben wir einen zweiten hinzu. Das ist eine Weltpremiere.»  

Von der Natur inspiriert

Diese Art der Energieübertragung ist von der Natur inspiriert. Bei der pflanzlichen Photosynthese senden bestimmte Chlorophyllmoleküle Signale aus, die andere empfangen und dann einen Prozess zur Produktion von elektrischer Spannung in Gang setzen. Diese Art der Energieübertragung nennt man dipolare Interaktion. «Bis jetzt hatten die Farbstoffe unserer Solarzellen ausschliesslich die Aufgabe, direkt eine elektrische Ladung zu produzieren», erklärt Michael Grätzel.   Zurzeit testen die Forschungsteams von Michael Grätzel und Brian Hardin (Universität Stanford) das Modell an der EPFL. Die Resultate sind vielversprechend. Die Spannungsübertragung konnte im Vergleich zu nur auf Phthalocyanin beruhenden Solarzellensystemen um 26 Prozent gesteigert werden. «Wir sehen zahlreiche Möglichkeiten, das Modell weiter zu entwickeln. So können wir etwa mit den lichtempfindlichen Teilen weiter experimentieren oder uns ein System mit drei oder sogar vier Farbstoffen vorstellen», sagt Khaja Nazeeruddin. Diese Entdeckung ist das erste Resultat einer neuen Partnerschaft der EPFL und den Universitäten Stanford, Berkeley und GeorgiaTech. Das Projekt, genannt CAMP, ist in Stanford angesiedelt. Damit sollen Ausbeute und Lebensdauer von molekularen Solarzellen verbessert sowie kostengünstige Produktionstechnologien entwickelt werden.

Weitere Informationen

Michael Grätzel, +41 (0)21 693 31 12 oder +41 (0)78 674 27 73 , michael.graetzel [at] epfl.ch

Links

Flisom AG  - Flexible and lightweight solar cells