Eine Grätzel-Zelle, auch bekannt als Farbstoffsolarzelle (DSSC), ist eine Art von Photovoltaik (PV)-Zelle, die eine mit Farbstoff beschichtete Schicht verwendet, um Sonnenlicht zu absorbieren und Strom zu erzeugen.
Sie wurde in den 1990er-Jahren von Michael Grätzel und Brian O’Regan entwickelt und gilt als eine Art Dünnschicht-PV-Technologie. Grätzel-Zellen bestehen aus einem Halbleitermaterial, z. B. Titandioxid, das mit einer Farbstoffschicht überzogen ist, die auf Sonnenlicht reagiert. Wenn Sonnenlicht auf den Farbstoff trifft, regt es Elektronen im Halbleitermaterial an, die einen elektrischen Strom erzeugen.
Grätzelzellen sind relativ kostengünstig und einfach herzustellen und können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, z. B. in tragbaren Solarladegeräten und gebäudeintegrierten PV-Systemen.
Sie sind auch bei geringen Lichtverhältnissen effizienter als herkömmliche PV-Zellen auf Siliziumbasis, was sie zu einer vielversprechenden Technologie zur Verbesserung der Effizienz und Erschwinglichkeit erneuerbarer Energien macht.
Wie funktioniert eine Grätzelzelle genau?
In der häufig verwendeten Silizium-Zelle übernimmt das chemische Element die notwendige Energieumwandlung. Bei der Grätzelzelle übernimmt diese Aufgabe eine Kombination aus einem Farbstoff, Titanoxide und einem Elektrolyten. Grundsätzlich lässt sich die Funktionsweise der Grätzelzelle mit der Photosynthese vergleichen, die von Pflanzen zur Energiegewinnung genutzt wird.
Häufig kommt ein sogenannter Rutheniumrot Farbstoff zur Anwendung, dieser absorbiert das auftreffende Licht. In diesem Schritt erfolgt eine Freisetzung der Elektronen, das Titanoxid leitet diese dann zur Anode weiter. Eine dünne Schicht Graphit oder Platin dient während dieses Vorgangs als Katalysator.
Wie ist eine Grätzelzelle aufgebaut?
Der Aufbau einer Grätzelzelle setzt sich aus mehreren Schichten zusammen. Zunächst handelt es sich hierbei um ein Trägermaterial, insbesondere Glas. Diese Schicht verfügt über ein transparentes, dünnes und elektrisch leitendes Oxid. Experten bezeichnen diese Schicht als TCO-Schicht (transparent conducting oxide). Hierfür kommen häufig die Materialien Indiumzinnoxid oder ein Zinnoxid, welches zusätzlich mit Fluor dotiert ist, zur Anwendung.
Anschließend erfolgt im Rahmen der Fertigung der Zellen das Aufbringen von Titanoxid. Durch das Sintern erhält dieses Material eine sehr große Oberfläche, sodass der Farbstoff an diesem besser haften kann.
Nun kommt mit Platin, Graphit oder auch Aluminium eine weitere Schicht auf die Zellen. Eine abschließend Glasschicht komplettiert den Aufbau der Grätzelzelle. Natürlich befindet sich das Elektrolyt zwischen den beiden einzelnen Glasschichten.
Welche Vorteile bietet eine Grätzelzelle?
In den vergangenen Jahren und Monaten konnten sich die speziellen Grätzelzellen einer sehr großen Nachfrage erfreuen. Hierfür sorgen vorwiegend die attraktiven und umfassenden Vorteile. So lassen sich die Zellen ganz einfach auf unterschiedliche Trägermaterialien aufbringen, dies ermöglicht Ihnen umfassende und praktische Anwendungsmöglichkeiten. Selbst flexible Folien sind gar kein Problem und lassen sich mit den Grätzelzellen versehen.
Ein weiterer großer Vorteil der Grätzelzellen ist die sehr geringe Schichtdicke. Dementsprechend benötigen die Produkte nur wenige Rohstoffe und schonen somit die Umwelt sehr deutlich. Der geringe Materialaufwand macht sich auch bei der Produktion bemerkbar, denn diese gelingt deutlich einfacher und günstiger. Die Zellen sind somit letzten Endes deutlich günstiger im Vergleich zu den klassischen Ausführungen.
Welche Nachteile sind bei der Grätzelzelle zu beachten?
Allerdings sollten bei der Anwendung oder einer Entscheidung für die Grätzelzellen auch immer die eventuellen Nachteile beachtet werden, um eine fachgerechte Auswahl je nach Bedarf zu ermöglichen.
So zeigen sich bei einigen Varianten Probleme mit der Langzeitstabilität, hier sind die klassischen Silizium-Zellen also deutlich im Vorteil. Gleiches gilt auch für den Wirkungsgrad, der für den Ertrag einer Photovoltaikanlage von großer Bedeutung ist. Auch dieser fällt derzeit noch deutlich geringer aus.
Bildquelle: Jonas Gabriel_Wikipedia
