Neue Herstellungsvariante für Farbstoffsolarzellen

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Kern & Sohn GmbH

C3 Prozess- und Analysentechnik GmbH

Socorex Isba SA

Universität Basel

Bauen und Messen

Um im Labor den Effizienzgrad solcher Zellen bestimmen zu können, muss für jede Messung eine Miniaturzelle gebaut werden (s. Abb. 1). Als Grundlage für die Zellen wird ein mit FTO (Fluor dotiertes Zinnoxid) beschichtetes Glas verwendet. FTO ist transparent und macht die Glasoberfläche leitfähig. Nachdem die Glasoberfläche sehr gründlich von Schmutz, Fett und Staub gereinigt worden ist, wird durch Doctorblading oder Screenprinting eine runde, 0,33 cm² große und ca. 13 µm dicke Schicht einer Paste aufgebracht, welche TiO₂-Nanopartikel enthält. Diese Rohlinge werden danach in einem Ofen während 2,5 h auf 500 °C erhitzt, um alle in der Paste enthaltenen Lösungsmittel und Zusatzstoffe zu verbrennen und die Partikel auf der Glasoberfläche anzuhaften. Dann wird der Farbstoff auf dem TiO₂ verankert und die Elektrode erneut gereinigt. Nun wird mithilfe eines Kunststoffklebers eine zweite, ebenfalls gereinigte und FTO-beschichtete Glasplatte auf der Zelle angebracht, welche als Gegenelektrode fungiert. Sie enthält ein Loch, durch das nun der Elektrolyt in die Zelle eingefüllt wird. Der letzte Schritt besteht darin, das Loch mit Kleber zu versiegeln und Silber-Kontakte an jeder der beiden Elektroden anzubringen. Ist der Bau der Zelle erfolgt, so kann ihre Effizienz mithilfe eines Sonnensimulators bestimmt werden. Routinemäßig wird dann an der Zelle eine so genannte IV-Messung vorgenommen. Die Zelle wird dazu an ein Potentiometer angeschlossen, welches in einem ersten Schritt einen Kurzschluss verursacht. Der dabei gemessene Kurzschluss-Strom (I_SC) ist der maximal mögliche Strom den die Zelle liefern kann. Danach wird der Widerstand solange erhöht, bis kein Strom mehr fließt. An diesem Punkt wird die Leerlaufspannung (V_OC) gemessen, also die Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden der Zelle. Dies ist die höchstmögliche Spannung, die die Zelle liefern kann. Bei dieser Messung wird die Spannung gegen den Strom aufgetragen und es entsteht ein typischer IV-Plot. Anhand der aus dieser Messung gewonnenen Parameter ist es möglich die Effizienz der Zelle zu bestimmen.

Was bringt die Zukunft?

Die Basler Forschungsgruppe arbeitet intensiv an neuen Kupfer- und Zink-Farbstoffen, um die Effizienz der Zellen weiter zu steigern. Parallel dazu werden auch alle anderen Komponenten welche die Leistungsfähigkeit einer Zelle beeinflussen können, wie z.B. die Zusammensetzung der Halbleiterpasten oder die Bauweise der Zellen, weiter optimiert. Dies soll in Zukunft dabei helfen, die großen Mengen an benötigter Energie auf umweltfreundliche und sichere Art zu produzieren.

* N. Hostettler, Prof. E. C. Constable, Prof. C. E. Housecroft: Departement Chemie der Universität Basel, 4056 Basel, Schweiz

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