Farbstoffsolarzelle liefert jetzt noch mehr Power
Japanische Forscher der Kyoto University realisieren Rekord-Wirkungsgrad von 10,7 Prozent
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Ringförmige Moleküle verbessern den Wirkungsgrad (Grafik: Izumi Mindy Takamiya) |
Kyoto (pte002/14.06.2019/06:05) Mit einem neuartigen molekularen Farbstoff ist es Forschern der Kyoto University http://kyoto-u.ac.jp/en gelungen, den Wirkungsgrad einer Farbstoffsolarzelle auf 10,7 Prozent zu erhöhen. Bisher liegt er deutlich unter zehn Prozent und reduziert sich während der Nutzung weiter. Grundsätzlich kann die Farbstoffsolarzelle einen Wirkungsgrad von etwa 30 Prozent erreichen und damit alle bisher genutzten Zellen übertrumpfen, selbst die auf kristallinem Silizium basierenden.
Farbstoff bringt Effektivitätsschub
Der Farbstoff, den das Team um Hiroshi Imahori und Tomohiro Higashino entwickelt hat, ist ein modifiziertes Prophyrin, ein organisches Farbstoffmolekül, das aus ringförmig angeordneten Molekülen besteht. Es sorgt beispielsweise im Körper des Menschen für den Sauerstofftransport im Blut. In der Solarzelle hat es eine ganz andere Aufgabe. Es fängt das Sonnenlicht ein. Dabei werden Elektronen frei, die Titandioxidteilchen, auf denen die Farbmoleküle sitzen, zur Anode leiten. Von dort fließen sie als elektrischer Strom zur Kathode. Auf dem Weg dorthin erledigen sie ihre Aufgabe, lassen Glühlampen leuchten oder laden eine Batterie auf.
In bisherigen Farbstoffsolarzellen werden die vom Sonnenlicht abgespaltenen Elektronen nicht schnell genug abgeleitet. Sie vereinigen sich, ehe sie abfließen können, wieder mit dem positiv geladenen Restmolekül. Daher rührt der geringe Wirkungsgrad. Durch das neue Design bleiben die Elektronen länger frei, sodass mehr davon für den Weg zur Anode übrigbleiben, also ein stärkerer Strom fließt. "Die stetig größer werdende Sorge um die Nutzung fossiler Brennstoffe zur Stromerzeugung erfordert verstärkte Bemühungen, klimaneutrale Energieträger zu entwickeln", sagt Imahori. Er hofft, dass der Forschungserfolg seines Teams andere Wissenschaftler anregt, diesen Zelltyp weiter zu verbessern.
Weniger Energie und Materialkosten
Die Grätzelzelle, wie die Farbstoffsolarzelle nach ihrem Erfinder Michael Grätzel von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne http://epfl.ch auch genannt wird, lässt sich mit geringem Energieaufwand aus billigen Materialien herstellen. Aus diesem Grund gilt sie als wichtige Möglichkeit, Strom umweltverträglich zu produzieren. Die japanischen Forscher haben die Zukunftsaussichten dieses Zelltyps nun erheblich verbessert.
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