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Hochleistungsfähige Solarzellen aus Kunststoffen

Für eine bahnbrechende Neuerung, die die kommerzielle Nutzung von Solarenergie beschleunigen soll, entwickelten EU-finanzierte Wissenschaftler hocheffiziente farbstoffsensitive Solarzellen (dye-sensitized solar cells, DSSC), die mit flexiblen photonischen Strukturen arbeiten und herkömmliche Photovoltaiksysteme ablösen könnten.
Hochleistungsfähige Solarzellen aus Kunststoffen
DSSC stellen ein vielversprechendes Konzept für saubere Energieträger dar und können kostengünstig und mit hohem Wirkungsgrad auch bei bewölktem Himmel oder künstlichem Licht Energie liefern. Bislang ist es jedoch schwierig, DSSC mit hoher Leistungsumwandlung und ebenso hoher Transparenz herzustellen, was ihrem Einsatz in Photovoltaikanlagen an Gebäuden und Fahrzeugen Grenzen setzt.

Das EU-finanzierte Projekt INPHOFLEX (Integration of photonic nanostructures in flexible dye solar cells) suchte also nach einem Kompromiss zwischen Transparenz und Effizienz, den innovative photonische Nanostrukturen bieten sollen.

Mittels physischer Kompression wurde zunächst eine DSSC auf Kunststoffsubstrat mit einer Energieeffizienz von 6,4 % hergestellt. Dann wurden Experimente zur Herstellung mehrschichtiger optischer Gitter mit gut definierten, intensiven optischen Reflexionspeaks in den gewünschten Spektralbereichen durchgeführt. Hierfür wurden neue Methoden entwickelt, um direkt photonische Kristalle auf photosensitive Titandioxidanoden abzuscheiden und so Reflektoren zu erzeugen. Die spektrale Reaktion der photonischen Kristalle wurde in verschiedenen Bereichen (blauem, grünem und rotem Spektrum sichtbaren Lichts) optimiert.

Die Ergebnisse zeigten, dass flexible DSSC mit den integrierten photonischen Kristallen eine bessere Kurzschlussstromdichte und Leistungsumwandlungseffizienz zeigen als gleichgroße Zellen ohne photonischen Kristall. Zudem war die anfängliche Solarzelleneffizienz auch nach Beugung der Reflektoren noch gleich hoch.

Um das Design der kunststoffbasierten DSSC weiter zu optimieren, wurde die Lichtabsorption durch Lichtstreuer mit zufälliger Verteilung in der Zelle verstärkt. Zusätzlich verbesserte eine Adhäsionsschicht auf der Elektrode die Kollektorleistung.

INPHOFLEX zeigte, dass es möglich ist, flexible und leichte DSSC mit abgestimmtem Farbspektrum, besserer Effizienz und höherer Transparenz für Solarzellen herzustellen, die vor allem für den Außenbereich geeignet sind, etwa Photovoltaikanlagen an Gebäuden. Bei solchen Systemen wird in den kommenden Jahren mit enormem Zulauf gerechnet.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Life Sciences

Schlüsselwörter

Farbstoffsensitive Solarzellen, Umwandlungseffizienz, integrierte Photovoltaik, INPHOFLEX, photonische Kristalle
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