Molekulare Farbstoffe für die neue Generation von Sonnenkollektoren
Forscher der Behörde für Atomenergie und alternative Energien (CEA), in Kooperation mit dem französischen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS), der Universität Joseph Fourier und europäischen Partnern, haben neue Moleküle für Fotovoltaik-Anwendungen synthetisiert. Diese ermöglichen die Herstellung effizienter und stabiler Solarzellen bzw. halbtransparenter und farbiger, großflächiger Solarmodule. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Energy & Environmental Science veröffentlicht.
Die Farbstoffsolarzellen (auch Grätzel-Zellen) dienen der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Sie können aus kostengünstigen Rohstoffen hergestellt werden, die bereits eine höhere Leistungsfähigkeit besitzen als amorphes Silizium. In diesen Zellen sensibilisieren fotoaktive Moleküle eine Elektrode auf der Basis einer transparenten und leitfähigen Oxid-Nanostruktur, meist Titanoxid. Ein Elektrolyt und eine Gegenelektrode vervollständigen dieses System, das selbst bei schlechten Lichtverhältnissen Strom erzeugen kann.
Derzeit sind die leistungsfähigsten fotoaktiven Moleküle metallorganische Komplexe auf der Basis seltener Metalle (Ruthenium) oder schwer synthetisierbarer Materialien (Zinkporphyrin-Derivate). Daraus ergibt sich das Interesse der Industrie, diese durch preiswertere und effizientere Alternativen zu ersetzen.
Die Forscher haben nun neue, rein organische Farbstoffe synthetisiert, um die metallorganischen Komplexe zu ersetzen. Diese organischen Moleküle weisen eine einfache chemische Struktur auf und besitzen verschiedene und intensive Farben. Zunächst wurde untersucht, wie sich die Veränderungen der chemischen Struktur auf die optischen und elektronischen Eigenschaften sowie die Leistungsfähigkeit der Solarmodule auswirken. Anschließend wurden diese Moleküle im Labor getestet.
Einige Komponenten wiesen eine Photovoltaik-Leistung von über 10 % auf. Damit gehören sie zu den leistungsstärksten Farbstoffen für diese Anwendung. Nach einer weiteren Optimierung erreichten sie in Tests zur beschleunigten Alterung eine Lebensdauer von mehreren tausend Stunden. Die Gesellschaft Solaronix hat nun eine dieser Komponenten zur Herstellung von großflächigen, farbigen und halbtransparenten Modulen zur Nutzung auf Gebäuden eingesetzt.
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