Schwerpunkte

Photovoltaik

Nachhaltige Solarzellen aus Zink

02. Mai 2012, 13:41 Uhr   |  Ralf Higgelke

Nachhaltige Solarzellen aus Zink
© Universität Basel

Vergleichende Prüfung von Farbstoffsolarzellen mit Ruthenium- und Zinkverbindungen

Bei der Suche nach alternativen Energien werden viele Technologien erforscht. Oft wird jedoch vernachlässigt, wie nachhaltig die verwendeten Materialien sind. Chemiker der Universität Basel haben günstige und nachhaltige Farbstoff-Solarzellen auf der Basis von Zink vorgestellt – eines der häufigsten Elemente in der Erdkruste.

Farbstoff-Solarzellen oder DSC (Dye-sensitized Solar Cells) bestehen aus dem Halbleiter Titandioxid, auf dem ein Farbstoff verankert ist. Dieser Farbstoff absorbiert Sonnenlicht und überträgt Elektronen an den Halbleiter, wodurch ein Stromfluss entsteht. Den Forschern Nik Hostettler und Ewald Schönhofer aus der Gruppe der Professoren Edwin Constable und Catherine Housecroft an der Universität Basel sind nun zwei Durchbrüche gelungen: Erstens haben sie eine neue Strategie zur Herstellung und Verankerung von Farbstoffen an der Oberfläche von Titandioxid-Nanopartikeln entwickelt und zweitens konnten sie erstmals zeigen, dass dazu einfache Verbindungen des reichlich verfügbaren Metalls Zink verwendet werden können. Laut der Projektleiterin Dr. Biljana Bozic war entscheidend, ein Verfahren für die gleichzeitige Synthese des Farbstoffs und dessen Verankerung auf der Halbleiteroberfläche zu entwickeln.

Die Entdeckung, dass Zinkfarbstoffe zur Herstellung von Solarzellen verwendet werden können, war äußerst unerwartet. Laut Prof. Edwin Constable wird Zink von den meisten Chemikern als eher »langweiliges« Element angesehen, da die meisten seiner Verbindungen farblos sind. Bei Forschungsarbeiten im Hinblick auf neuartige Beleuchtungssysteme hatten er und sein Team organische Verbindungen entdeckt, die an Zink gebunden neuartige, intensiv-farbige Materialien bilden. Obwohl die mit farbigen Zinkverbindungen bestückten Solarzellen noch nicht besonders effizient arbeiten, öffnet diese Beobachtung den Weg für eine neue Generation von Solarzellen, die mit bisher unberücksichtigten Farbstoffen arbeiten.

Herkömmliche Farbstoff-Solarzellen verwenden Farbstoffe auf der Basis von Ruthenium. Ruthenium ist ein sehr seltenes Metall und mit rund 2990 € pro Kilogramm entsprechend teuer. Kürzlich demonstrierte das Basler Forscherteam die Leistungsfähigkeit von Farbstoffen aus dem reichlich vorkommenden und relativ günstigen Kupfer (6,3 € pro Kilogramm). Durch die Verwendung von billigem Zink (1,5 € pro Kilogramm) erhöht sich die Nachhaltigkeit der Technologie zusätzlich. »Dies ist ein bedeutender Schritt in Richtung unseres Traums, Photovoltaik und Beleuchtung in Vorhängen zu verbinden, die tagsüber Sonnenenergie speichern und nachts als Beleuchtungselemente dienen«, so Ed Constable. Dieses Vorhaben stehe im Zentrum des Forschungsprogramms »Light-In, Light-Out«, das vom Europäischen Forschungsrat ERC finanziert wird.

Auf Facebook teilenAuf Twitter teilenAuf Linkedin teilenVia Mail teilen

Das könnte Sie auch interessieren

Solarzelle ohne Silizium oder seltene Rohstoffe
Heliatek erzielt mit 10,7% Effizienz neuen Weltrekord