Preiswerte Photovoltaik der dritten Generation
Obwohl in der Solarzellentechnologie enorme Fortschritte gemacht wurden, ist die Marktverbreitung von Solarzellen aus anorganischen Halbleitern noch sehr begrenzt. Das Problem liegt vor allem an der geringen Wirtschaftlichkeit im Zusammenhang mit einem zu hohen Energieverbrauch bei der Herstellung und Verarbeitung (hohe graue Energie). Kunststoffelektronik und verarbeitbare anorganische Halbleiter stellen eine vielversprechende Lösung dar. Solarzellen aus diesen preiswerten Materialien konnten bereits eine wettbewerbsfähige Effizienz und bessere Leistung als amorphes Silizium und Kupfer-Indium-Selenid demonstrieren. Das EU-finanzierte Projekt SANS ("Sensitizer activated nanostructured solar cells") lieferte eine neue Generation von nanostrukturierten Solarzellen. Die Photovoltaik-Technologien der dritten Generation zeichnen sich durch eine hohe Skalierbarkeit und die billige Herstellung der Materialien und Platten aus. Sie können für herkömmliche Anwendungen (Solarparks und Dacheinheiten) oder für innovative Lösungen wie etwa für eine gebäudeintegrierte Photovoltaik eingesetzt werden. SANS erreichte im Labor einen Rekordwirkungsgrad bei einer billigen Feststoff-DSSC und stellte ein Modul mit einer Lebensdauer für den Außenbereich von 20 Jahren her. Drei kritische Untersysteme waren der Schlüssel für diese Entwicklung: die lichtabsorbierende Antenne, das Elektronen transportierende meso-strukturierte Oxid und der Elektrolyt/Lochtransporter. In diesen Bereichen konnte das Team ausgezeichnete Erfolge vorweisen, indem es besser absorbierende molekulare Farbstoffe und anorganische Quantenpunkte, neue mesoporöse Elektroden sowie verbesserte Elektrolyte und Lochtransporter produzierte. Die Projektpartner schufen hochstabile lösemittelfreie Elektrolyte für DSSC, die dem Ziel von 20.000 Stunden kontinuierlicher Exposition von simuliertem Sonnenlicht sehr nahe kamen. Außerdem entwickelten sie eine neue Familie von hocheffizienten multi-chromophoren Farbstoffen und eine blau-sensibilisierte Solarzelle, die sich für gebäudeintegrierte Anwendungen eignet. Neue fortschrittliche mesoporöse Einkristalle auf der Basis von Titandioxid wurden lizenziert. Dieses Material ermöglicht es, einen Sinterschritt bei der Fertigung der Feststoff-DSSC wegzulassen, was zu einer enorm größeren Auswahl an Substraten und zu Kostensenkungen führt. Diese Einkristalle versprechen verbesserte Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten von DSSC bei der Energiespeicherung. Im Labor konnten mit Perowskit Absorbermaterialien Effizienzen von etwa 14% erreicht werden. Die Perowskit-DSSC-Leistung soll die von allen bisher bekannten Solarzellen der ersten und zweiten Generation übertreffen. Über die Dauer des Projekts wurden mehr als 80 wissenschaftliche Publikationen produziert, eine Reihe von Patenten angemeldet und Workshops sowie Konferenzen organisiert.
