idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
idw-Abo
Medienpartner:
Wissenschaftsjahr


Teilen: 
22.08.2018 10:42

Mehr Power aus Sonnenlicht: FAU-Forscher entwickeln neuartige Farbstoff-Solarzelle

Dr. Susanne Langer Kommunikation und Presse
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

    Chemiker der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben ein Verfahren entwickelt, mit dem die Leistungsfähigkeit von Solarzellen deutlich gesteigert werden kann. Mithilfe der sogenannten Singulett-Spaltung verdoppeln die Forscher die Zahl der Elektronen, die von einfallenden Lichtteilchen angeregt werden. Die Ergebnisse wurden im renommierten Fachjournal „Angewandte Chemie” veröffentlicht.

    Will Deutschland die gesteckten Klimaschutzziele erreichen, dann führt an der konsequenten Erschließung regenerativer Energiequellen kein Weg vorbei. Eine der wichtigsten, nahezu unbegrenzt verfügbaren „grünen“ Energiequellen ist die Sonne, deren Strahlung in elektrischen Strom umgewandelt werden kann. Moderne Solarzellen, die im Kern aus Siliziumlagen bestehen, sind technisch ausgereift und durch industrielle Massenproduktion vergleichsweise preiswert, haben jedoch einen Nachteil: Sie erzielen einen maximalen Wirkungsgrad von 33 Prozent. Die sogenannte Shockley-Queisser-Grenze legt zwar eine interne Energieausbeute von 100 Prozent zugrunde, weil ein Photon des Sonnenlichts theoretisch ein Elektron des Siliziumgitters anregen kann. Allerdings führen externe Faktoren zu erheblichen Energieverlusten: Reflexionen an Ober- und Grenzflächen, elektrische Widerstände und die Tatsache, dass nicht das gesamte Spektrum des sichtbaren Sonnenlichts optimal genutzt werden kann. „Die leistungsfähigsten Silizium-Solarzellen haben inzwischen einen Wirkungsgrad von 30 Prozent – damit ist die Technologie so gut wie ausgereizt“, erklärt Dr. Andreas Kunzmann vom Lehrstuhl für Physikalische Chemie I. „Neue Impulse kann nur ein alternativer technologischer Ansatz bringen.“

    Singulett-Spaltung verdoppelt Ladungsträger
    Genau diesen alternativen Ansatz verfolgt das Team um Lehrstuhlinhaber Prof. Dr. Dirk Guldi: Da sich die externen Energieverluste einer Solarzelle nur bis zu einem gewissen Grad verringern lassen, setzen die Forscher bei der primären Energieausbeute an. Sie nutzen das Prinzip der sogenannten Singulett-Spaltung, bei der ein einfallendes Lichtteilchen nicht nur ein, sondern zwei Elektronen anregt. Neu ist dieses Prinzip nicht, allerdings konnte der Prozess bislang nur in Lösung oder hochkristallinen Materialien nachgewiesen werden – keine optimale Voraussetzung für den Einsatz in Solarmodulen. In Zusammenarbeit mit Chemikern der University of Alberta, Kanada, gelang den Erlanger Wissenschaftlern nun ein praktikablerer Aufbau. Sie synthetisierten ein neuartiges Pentacen-Molekül – eine Kohlenwasserstoffverbindung im festen Aggregatzustand, die als organischer Farbstoff das Sonnenlicht absorbiert. Kombiniert wird das Pentacen mit einer aus Indium-Zink-Oxid bestehenden Photoelektrode und einem Elektrolyt aus Lithium und Jod. Dr. Andreas Kunzmann: „Dieser Aufbau bringt die Singulett-Spaltung vom Reich der Grundlagenforschung in den Bereich der Anwendung.“

    Interne Quantenausbeute bei 130 Prozent
    Mit der Singulett-Spaltung in farbstoffsensibilisierten Solarzellen könnte die interne Energieausbeute im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumzellen theoretisch verdoppelt werden. Aktuell erreichen die Erlanger Chemiker durchschnittlich 130 Prozent. „Momentan halten wir die Spannung sehr niedrig, weil die gleichzeitige Anregung von Elektronen in benachbarten Molekülen noch zu hohe Energieverluste aufweist“, erklärt Dr. Kunzmann. „Wenn wir diese Verlustprozesse besser kontrollieren, können wir auch die Effizienz weiter erhöhen.“ Parallel dazu arbeiten die Forscher an der Langlebigkeit ihrer Entwicklung, um die Voraussetzung für die industrielle Fertigung zu schaffen.


    Wissenschaftliche Ansprechpartner:

    Dr. Andreas Kunzmann
    Tel.: 09131 /85-67468
    andreas.kunzmann@fau.de

    Prof. Dr. Dirk M. Guldi
    Tel.: 09131/85-27340
    dirk.guldi@fau.de


    Originalpublikation:

    doi: 10.1002/anie.201801041
    „Singlet Fission for Photovoltaics with 130 % Injection Efficiency“, „Angewandte Chemie”


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten
    Chemie, Energie, Werkstoffwissenschaften
    überregional
    Forschungsergebnisse
    Deutsch


    Hilfe

    Die Suche / Erweiterte Suche im idw-Archiv
    Verknüpfungen

    Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.

    Klammern

    Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).

    Wortgruppen

    Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.

    Auswahlkriterien

    Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).

    Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).

    Cookies optimieren die Bereitstellung unserer Dienste. Durch das Weitersurfen auf idw-online.de erklären Sie sich mit der Verwendung von Cookies einverstanden. Datenschutzerklärung
    Okay