Nachhaltige Solarzellen aus 08/15-Metallen
Baseler Forscher finden wegweisenden Ansatz zum Bau günstiger Farbstoff-Solarzellen auf der Basis von Zink.
Farbstoff-Solarzellen oder Dye-sensitized Solar Cells, DSCs, bestehen aus dem Halbleiter Titandioxid, auf dem ein Farbstoff verankert ist. Dieser Farbstoff absorbiert Sonnenlicht und überträgt Elektronen an den Halbleiter, wodurch ein Stromfluss entsteht. Den Forschern Nik Hostettler und Ewald Schönhofer aus der Gruppe der Professoren Edwin Constable und Catherine Housecroft an der Universität Basel sind nun zwei Durchbrüche gelungen: Erstens haben sie eine neue Strategie zur Herstellung und Verankerung von Farbstoffen an der Oberfläche von Titandioxid-Nanopartikeln entwickelt und zweitens konnten sie erstmals zeigen, dass dazu einfache Verbindungen des reichlich verfügbaren Metalls Zink verwendet werden können. Laut Projektleiterin Biljana Bozic war entscheidend, ein Verfahren für die gleichzeitige Synthese des Farbstoffs und dessen Verankerung auf der Halbleiteroberfläche zu entwickeln.
Abb.: Vergleichende Prüfung von Farbstoffsolarzellen mit Ruthenium- und Zinkverbindungen. (Bild: U. Basel, E. Constable)
Die Entdeckung, dass Zinkfarbstoffe zur Herstellung von Solarzellen verwendet werden können, kam äußerst unerwartet. Die meisten Chemikern sehen Zink als eher „langweiliges“ Element an, da die meisten seiner Verbindungen farblos sind. Bei Forschungsarbeiten im Hinblick auf neuartige Beleuchtungssysteme hatten Constable und sein Team organische Verbindungen entdeckt, die an Zink gebunden neuartige, intensiv-farbige Materialien bilden. Obwohl die mit farbigen Zinkverbindungen bestückten Solarzellen noch nicht besonders effizient arbeiten, öffnet diese Beobachtung den Weg für eine neue Generation von Solarzellen, die mit bisher unberücksichtigten Farbstoffen arbeiten.
Herkömmliche Farbstoff-Solarzellen verwenden Farbstoffe auf der Basis von Ruthenium. Ruthenium ist ein sehr seltenes Metall und mit rund 3000 Euro pro Kilogramm entsprechend teuer. Kürzlich demonstrierte das Basler Forscherteam die Leistungsfähigkeit von Farbstoffen aus dem reichlich vorkommenden und mit 6,30 Euro pro Kilogramm relativ günstigen Kupfer. Durch die Verwendung des noch billigeren Zink erhöht sich die Nachhaltigkeit der Technologie zusätzlich. „Dies ist ein bedeutender Schritt in Richtung unseres Traums, Photovoltaik und Beleuchtung in intelligenten Vorhängen zu verbinden, die tagsüber Sonnenenergie speichern und nachts als Beleuchtungselemente dienen“, so Constable. „Dieses Vorhaben steht im Zentrum unseres Forschungsprogramms ‚Light-In, Light-Out‘, das vom Europäischen Forschungsrat ERC finanziert wird.“
U. Basel / OD
