Neue Herstellungsvariante für Farbstoffsolarzellen

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Kern & Sohn GmbH

C3 Prozess- und Analysentechnik GmbH

Socorex Isba SA

Universität Basel

Neues und Altbewährtes bei den Solarzellen

In den Labors der Universität Basel beschäftigt man sich damit, nach geeigneten Alternativen zu Ruthenium-Farbstoffen zu suchen. So konnte vor einigen Jahren gezeigt werden, dass Kupfer(I)-Verbindungen ein Ersatz sein können. Der Vorteil von Kupfer gegenüber Ruthenium liegt in den Kosten (1 kg Cu kostet rund 6,3 Euro). Die Herstellung der Zellen unterscheidet sich bei der Anbringung der Kupferfarbstoffe auf der Halbleiteroberfläche. Da Kupfer-Komplexe eher labil sind, ist es relativ schwierig heteroleptische Komplexe herzustellen, bei denen bereits eine funktionelle Gruppe zur Verankerung auf der Oberfläche vorhanden ist. Es wird daher ein Verfahren angewendet, bei dem man sich die eher mäßige Stabilität der Verbindungen zu Nutze macht. Zuerst wird ein Ankerligand auf der TiO₂-Oberfläche angebracht und danach die Elektrode in eine Lösung des homoleptischen Komplexes gelegt. Es findet dabei ein Austausch auf der Oberfläche statt bei dem der heteroleptische Komplex entsteht. Zellen dieser Art erreichen Effizienzen von etwa 3%.

Das Ende der Fahnenstange?

Erst kürzlich konnte gezeigt werden, dass auch einfache Zink(II)-bis-Terpyridin-Komplexe als Farbstoffe geeignet sind. Bisher waren Porphyrinsysteme in Verbindung mit Zink bekannt dafür, sehr gute Effizienzen zu erreichen. Wie schon bei den Kupfer-DSCs musste hier eine andere Strategie zur Verankerung des Farbstoffes angewandt werden. Hierbei wird im ersten Schritt die Elektrode in eine Lösung des Ankerliganden getaucht, um diesen auf dem TiO₂ zu binden. In einem zweiten Schritt wird die Elektrode in eine Lösung aus ZnCl₂ getaucht, um den Ankerliganden mit Zink zu komplexieren. Im letzten Schritt wird die Elektrode in eine Lösung des farbgebenden Liganden getaucht, um auf der Oberfläche den heteroleptischen Komplex zu erhalten. Diese Methode hat den Vorteil, dass nicht erst ein homoleptischer Komplex synthetisiert werden muss, sondern wie in einem Baukasten die einzelnen Elemente gezielt variieren können. Obwohl solche Zellen erst eine Effizienz von knapp 1% erreichen, haben sie den Vorteil noch geringerer Rohstoffpreise (1 kg Zink kostet 1,5 Euro).

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