DSSC-Solarzellen: Besseres "Rosa" liefert mehr "grünen" Strom

Blau glänzende Silizium-Solarzellen sind heute Standard, doch eine rosafarbene Konkurrenz ist stark auf dem Vormarsch.

Columbus (USA) - Jetzt vermelden US-Forscher große Fortschritte bei diesen so genannten farbstoffsensibilisierten Solarzellen (DSSC). Diese fangen die Lichtenergie dank einer Mischung aus Farbpigmenten und Metalloxiden ein. Erstmals verwendeten die Forscher komplexere Metallverbindungen und unterschiedliche Partikelformen, um die Ausbeute zu steigern, dies berichten sie im "Journal of the American Chemical Society". Mit den neuen Materialien erreichten sie rund ein Viertel der Effizienz der heute kommerziell erhältlichen Silizium-Zellen. Die besten DSSCs sind derzeit etwa halb so effizient wie das Silizium-Vorbild -- allerdings zu einem Viertel des Preises. In Kombination mit einer seiner früheren Entwicklungen will das Team seine Zelle aber noch deutlich verbessern.

"Wir glauben, dass die DSSCs eines Tages mit anderen Solarzellen vergleichbare Effizienz-Werte erreichen. Ihr größter Vorteil ist, dass die Kosten gering sind", erklärt Yiying Wu, Chemie-Professor an der Ohio State University. Dieser Typ Solarzellen ist traditionell rosa, weil rote Rutheniumverbindungen mit weißen Metalloxidpulvern wie Titanoxid oder Zinkoxid gemischt werden. Die Farbpigmentmoleküle umhüllen die Metalloxidpartikel, die in einer dünnen Schicht angeordnet sind. Während die Pigmente Lichtenergie absorbieren und dabei Elektronen freisetzen, leiten die Partikel die Elektronen fast wie Stromleitungen zum elektrischen Stromkreis. Wus Team griff jetzt erstmals auf weniger einfache Oxide zurück: Es verwendete Zink-Stannate, komplexere Oxide, deren Eigenschaften sich gezielter steuern lassen. Mithilfe der Zinkstannate erreichten die Solarzellen eine Effizienz von 3,8 Prozent.

Das ist ein Viertel der Ausbeute typischer Siliziumzellen, die rund 15 Prozent erreichen. Allerdings hatten Wu und seine Kollegen im vorigen Jahr eine DSSC-Variante entwickelt, deren Titanoxid als Partikel und als winzige Nanodrähte vorlag. Damit erreichte die Zelle eine Effizienz von 8,6 Prozent, weil der Elektronentransport direkter vonstatten ging und weniger Elektronen zwischen den Teilchen verloren gingen. In Kombination von Nanodrähten und Zinkstannat bzw. anderen Oxiden verspricht sich Wu nun eine deutliche Verbesserung der DSSCS. Sein Team arbeitet auch an der Konstruktion von baumförmigen Nanodrähten, um die Elektronen noch besser abzuleiten.

"Wir haben uns gefragt, welche Struktur am besten ist, um Licht einzufangen und Materialien zu transportieren -- ein Baum!", sagt Wu. "In unserem DSSC-Design würden die farbumhüllten Teilchen die Oberfläche liefern wie Blätter, und die Nanobäumchen würden sich zwischen ihnen verzweigen, um die Elektronen zu transportieren." Bis zur Marktreife dürften diese Solarzellen allerdings noch einige Jahre auf sich warten lassen.