Organische Solarzellen: Mehr Strom durch mehr Farben

Die Farbstoff-Solarzelle als organische Konkurrenz zur herkömmlichen Siliziumzelle wird immer effizienter. Ein internationales Forscherteam konnte durch die Zugabe eines weiteren Farbstoffs die Stromproduktion signifikant erhöhen.

Stanford (USA)/Lausanne (Schweiz) - Ein neuer Farbstoff kann die Effizienz der organischen Farbstoff-Solarzelle über ein Viertel steigern. Diese neue Generation von Solarzellen besteht statt aus Silizium aus organischen Materialien, hinkte aber im Wirkungsgrad bisher weit hinterher. Wie die Forscher nun die signifikante Steigerung der Effizienz erreichten, erklären sie in der Zeitschrift "Nature Photonics".

"Diese neue Architektur erlaubt die Absorption eines breiteren Spektralbereichs", schreiben Brian E. Hardin von der Standford University und seine Kollegen von den Universitäten in Berkeley, Lausanne und Madrid. Sie verwendeten einen Farbstoff auf Perylen-Basis (PTCDI), um bisher ungenutztes, kurzwelliges Sonnenlicht in Strom umzuwandeln. Dieser so genannter „Energie-Relais-Farbstoff“ fängt höher energetische Photonen im blauen Spektralbereich ein. Dabei verlieren die Lichtteilchen ein wenig Energie und können dadurch von einer zweiten Schicht aus schon bekannten Farbstoffmolekülen besser zur Stromerzeugung genutzt werden. Dieser so genannte Förster-Transfer zeichnet sich dadurch aus, dass Energie eines angeregten Farbstoffs strahlungsfrei auf ein weiter hinten in der Zelle liegendes Molekül im Abstand von etwa 1,5 bis 10 Nanometer übertragen werden kann. Mit diesem Trick wandeln die Solarzellen 26 Prozent mehr Sonnenlicht in Strom um.

Bisher konnten Farbstoff-Solarzellen - nach ihrem Erfinder Michael Grätzel auch Grätzel-Zellen genannt – nur etwa zehn Prozent der Energie im Sonnenlicht zur Stromerzeugung nutzen. Zellen auf Siliziumbasis arbeiten deutlich effizienter und erreichen in Laborversuchen bereits Wirkungsgrade von über 40 Prozent. Dennoch haben Farbstoff-Solarzellen gegenüber Siliziumzellen den Vorteil, dass sie sich kostengünstiger produzieren und flexibler anwenden lassen. Das internationale Forscherteam um Michael Grätzel sieht sich auf dem richtigen Weg: "Dieses System bietet einen gangbaren Weg, noch effizientere Farbstoff-Solarzellen zu entwickeln."