Grätzelzelle

Noch immer sind herk√∂mmliche Silicium-Solarzellen teuer und energieaufw√§ndig in der Herstellung. Noch immer ist der Wirkungsgrad nicht zufriedenstellend. Doch was w√§re, wenn man die Sonnenenergie genauso effektiv nutzen k√∂nnten wie dies die Pflanzen seit Millionen Jahren bereits tun? Inspiriert von diesem Grundgedanken erfand der Prof. Michael Gr√§tzel 1991 eine alternative Solarzelle. Der Grundgedanke war eine Solarzelle zu erschaffen, die wesentlich kosteng√ľnstiger und umweltvertr√§glicher in der Herstellung w√§re und dabei noch mehr Energieumsatz liefert.




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Im Gegensatz zum Einsatz von Halbleitermaterialien zur Umsetzung von Sonnenenergie in elektrischen Strom bedient sich die Gr√§tzelzelle pflanzlicher Farbstoffe, die die Sonnenenergie speichern und wieder abgeben k√∂nnen. Vorbild daf√ľr war das pflanzliche Chlorophyll. Anstatt der Umsetzung der Sonnenenergie in Glucose und damit chemische Energie, wandeln die Farbstoffe der Gr√§tzelzelle das einstrahlende Licht in ben√∂tigte elektrische Energie um. Im Detail funktioniert dies so: Die Molek√ľle der Farbstoffe sind zwischen d√ľnnen, leitenden Glasschichten (TCO-Glas) angeordnet. Die Elektronen der Farbstoffe absorbieren die Energie des einstrahlenden Sonnenlichts. Ein zus√§tzliches Elektrolyt im Farbstoff bef√§higt dann die Elektronen dazu sich frei zu bewegen. Wird nun ein Verbraucher angelegt, entsteht ein elektrischer Stromfluss entlang der Oxidschicht der TCO-Glasplatten. Die obere Glasschicht besitzt dar√ľber hinaus noch eine Beschichtung aus Titandioxid, die daf√ľr sorgt, dass die Farbmolek√ľle an der Unterseite der oberen Glasplatte haften und somit gro√üfl√§chig Sonnenlicht absorbieren k√∂nnen. Die Oberseite wird daher Photoelektrode genannt, w√§hrend die untere Glasschicht als Gegenelektrode bezeichnet wird und daf√ľr sorgt, dass die geladenen Elektronen in die Gr√§tzelzelle aufgenommen und weitergegeben werden k√∂nnen.

Obgleich das Konzept der Gr√§tzelzelle vielversprechend ist und seit 25 Jahren bekannt ist, liegt der Wirkungsgrad immer noch unter den herk√∂mmlicher Siliciumsolarzellen. Normale Solarzellen haben derzeit einen Wirkungsgrad von 20 Prozent und mehr. Eine Gr√§tzelzelle schafft im Optimum um die 10 Prozent, wenn k√ľnstliche Farbstoffe verwendet werden, und nur bis zu zwei Prozent, wenn tats√§chliche Pflanzenfarbstoffe verwendet werden. Die Suche nach einem geeigneten Farbstoff stellt daher die Hauptaufgabe der Forschung an der Gr√§tzelzelle dar, um ihren Energieumsatz weiter zu erh√∂hen.

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