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Interview mit Prof. Grätzel

»Das IoT wird besonders profitieren!«

10. Juni 2021, 07:34 Uhr   |  Heinz Arnold

»Das IoT wird besonders profitieren!«
© EPFL - Alain Herzog

Prof. Michael Grätzel, École Polytechnique Fédérale in Lausanne Die Einsatzmöglichkeiten der Farbstoffzellen werden dem IoT neuen Schub geben, weil viele der Milliarden von vernetzten Dingen künftig autark über das Umgebungslicht Energie ernten können.

»Die Module auf Basis der Farbstoffzellen sind hervorragend, jetzt kommen sie in hohen Stückzahlen auf den Markt«, sagt Prof. Michael Grätzel,der Erfinder der Zellen, im Gespräch mit Markt&Technik.

Markt&Technik: Bisher hieß es häufig, dass den Farbstoffzellen wegen der erforderlichen flüssigen Elektrolyten Leckagen drohen und sie nicht wirtschaftlich zu fertigen seien. Außerdem würden sie altern. Stimmt das nicht mehr?

Prof. Michael Grätzel: Grundsätzlich stimmt es, dass flüchtige organische Elektrolyte Probleme aufwerfen, weil dann die Zellen absolut dicht sein müssen, was für die Produktion eine große Herausforderung ist. Aber es lässt sich auch eine Salzschmelze, eine ionische Flüssigkeit, als Elektrolyt einsetzen; dann entfällt das Problem, weil die Salzschmelze keinen Dampfdruck erzeugt. Es muss also nur gewährleistet sein, dass der Siedepunkt der Elektrolyt-Flüssigkeit über 250 °C liegt, was die Salzschmelze erfüllt. So macht es beispielsweise Exeger. Ricoh hat eine andere Technik entwickelt, die ausschließlich mit Feststoffen arbeitet. Es hat sich über viele Jahre gezeigt, dass die Farbstoffzellen sehr stabil sind. Ich habe eine 20 Jahre alte Zelle bei mir im Büro stehen, die immer noch arbeitet. Außerdem haben lange Versuchsreihen im Freiland über die vergangenen zehn Jahre immer wieder gezeigt, dass die Zellen sehr stabil arbeiten.

Was sind die großen Vorteile dieser Zellen?

Ihnen genügt diffuses Umgebungslicht, um mit hoher Effizienz Strom zu erzeugen. Ein Wirkungsgrad von 35 Prozent ist möglich! Damit eignen sie sich für den Einsatz im IoT-Umfeld. Die Milliarden vernetzte Dinge können damit autark arbeiten, weil sie die Energie aus dem Umgebungslicht sehr effektiv ernten können. Das wird den IoT-Anwendungen noch einmal einen neuen Schub geben; Ricoh beispielsweise zielt auf diesen Markt ab. Das Gleiche gilt für vernetzte Consumer-Geräte, wie Exeger zeigt.

Wie entwickelt sich der Markt für die Farbstoffzellen mit Glas als Träger?

An sich sehr gut, der Bedarf für Fassaden von Gebäuden, Schallschutzwänden an Autobahnen, Ballustraden oder auch für Gewächshäuser wäre da – leider fehlt es jetzt gerade in der Pandemie an Firmen, die ihn bedienen.
Hier können die Farbstoffzellen übrigens einen weiteren großen Vorteil ausspielen: Sie reflektieren Infrarotlicht, dann wird es im Sommer hinter der Glasfassade nicht zu warm. Meine Schwester hat ihren Wintergarten mit diesen Modulen ausgestattet. Mit dem gewonnenen Strom lässt sich zusätzlich noch ein Ventilator betreiben – jetzt kann man sich den ganzen Sommer über dort aufhalten, auch wenn die Sonne draufknallt.
Für Gewächshäuser lässt sich der Farbstoff so wählen, dass er das blaue Licht herausfiltert, das die Pflanzen nicht so mögen. Gleichzeitig erzeugen die Farbstoffzellen Strom.

Warum hat es so lange gedauert, bis die Farbstoffzellen in größeren Stückzahlen den Weg auf den Markt gefunden haben?

Die Jahre nach der Krise 2008/9 waren aus verschiedenen Gründen für die Photovoltaikindustrie in Europa sehr schwierig. Damals war praktisch kein Investorengeld mehr zu bekommen, ab 2012 ging es dann so langsam wieder aufwärts. Das hatte die gesamte Photovoltaik etwas zurückgeworfen. Vor allem aber: Es gibt in der Photovoltaik keine Abkürzung!

Jetzt sieht es anders aus?

Aufgrund der vielen Erfahrung, die mit den Farbstoffzellen bis heute gesammelt werden konnte, haben wir gezeigt, dass die Technik in der Praxis funktioniert und wirtschaftlich ist. Das mindert auch das Risiko für Investoren. Es mangelt ja nicht an neuen Ideen, fast jeden Tag wird irgendwo ein neuer Solarzellentyp verkündet, der aber erst einmal beweisen muss, was in ihm steckt. So ist es kein Wunder, dass über die vergangenen Jahre auf dem Sektor der Farbstoffzellen einiges passiert ist: Sie haben die Reife erreicht, die den Markteintritt in hohen Stückzahlen als sicher erscheinen lässt.

Ricoh hatte gerade eine neue Farbstoffzelle angekündigt, die die Energie noch einmal um 20 Prozent gegenüber dem Vorgänger steigert. Die Farbstoffzellen sind also noch längst nicht ausgereizt?

Die Zellen von Ricoh sind nicht ganz neu, und das zeigt, wie lange die Entwicklungen auf diesem Gebiet dauern. Die Idee, organische Lochleiter zur elektrischen Leitung von positiven Ladungen zu verwenden, stammt ursprünglich von der Firma Hoechst, die dies für den Einsatz in OLEDs entwickelt hat. Ich habe dieses Konzept dann auf Farbstoffzellen angewendet; 1998 habe ich dazu ein Artikel in Nature publiziert. Noch heute gilt das von Hoechst entwickelte Material als der Goldstandard, nicht nur für Farbstoffzellen, sondern auch für die Perowskit-Typen, die aus den Farbstoffzellen hervorgegangen sind. Für die Farbstoffzellen besteht allerdings die Schwierigkeit, den festen Lochleiter in die nanoporöse Titandioxydschicht einzubringen. Dazu hat Ricoh einen genialen Trick entwickelt. Das brachte den Durchbruch.

Sie sind der Pionier der Farbstoffzellen, die häufig auch Grätzel-Zellen genannt werden. Sie wurden mit zahlreichen renommierten Preisen ausgezeichnet. Welchen Preis empfinden Sie als den wichtigsten?

Das lässt sich schwer sagen, da jede Ehrung eine besondere Bedeutung für mich hat und ich dafür sehr dankbar bin. Eine außerordentliche Anerkennung für mich war sicherlich der Millennium Technology Prize im Jahr 2010, der nur alle zwei Jahre an eine Person vergeben wird und der mit 1 Million Euro dotiert ist. Abgesehen von der finanziellen Belohnung kommt es aber vor allem auf den wissenschaftlichen Ruf der Preisträger und die Zusammensetzung der Jury an. Ich habe dieses Jahr gemeinsam mit Professor Alivisatos von der UC Berkeley den spanischen „BBVA Foundation Frontiers of Knowledge Award“ bekommen. Die Jury, die diesen Preis vergibt, besteht aus hochkarätigen Wissenschaftlern, und mehrere Preisträger, die diesen Preis bekommen haben, sind später mit dem Nobelpreis ausgezeichnet worden. Als der Nobelpreisträger Theodor Hänsch als Präsident der Jury bei mir anrief, um mir die Entscheidung mitzuteilen, war ich schon tief gerührt.  

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