Einführung in die Technologie der Farbstoffsolarzelle

Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation

Innovation Farbstoffsolarzelle

Farbstoffsolarzellen sind elektrochemische Dünnschichtsolarzellen. Sie verfügen über nano­kristalline Elektroden aus Titandioxid, in die eine Schicht aus organischen Farbstoffen auf der Basis von Ruthenium eingebettet ist. Damit kann eine höhere Lichtausbeute und ein besserer Elektronentransfer vom Lichtabsorber zur Elektrode erreicht werden. Im Labor konnten in Testzellen und Standard Test Conditions (STC) solare Wirkungsgrade bis 11 % erreicht werden. Diese Werte liegen zwar unter denen kommerziell verfügbarer Siliziumsolarzellen, aufgrund ihrer höheren Empfindlichkeit für Streulicht und ihrer größeren Temperaturtoleranz, erzielen Fabrstoffsolarzellen jedoch im Tagesverlauf Ausbeuten, die denen von anderen Dünnschichttechniken vergleichbar sind (siehe Hinsch et al. 2009). Mittel- bis langfristig wird jedoch davon ausgegangen, dass sich der solare Wirkungsgrad von Farbstoffsolarzellen noch deutlich erhöhen lässt.

Für Farbstoffsolarzellen ergeben sich aufgrund ihrer Eigenschaften wie Farbigkeit und Semitransparenz vollständig neue Anwendungsgebiete. Ihre Produktion ist im Vergleich zur Siliziumtechnik kostengünstiger, da wesentlich einfachere Herstellungsverfahren aus der Siebdrucktechnik zur Anwendung kommen. Zudem erlauben Farbstoffsolarzellen größere Freiheitsgrade für das Design (Farb- und Formgebung) von Solarmodulen.

Eine erste Lebenszyklusbetrachtung von Farbstoffsolarzellen zeigte, dass ihre energetische Amortisationszeit halb so groß wie die von konventionellen Solarzellen ist (siehe hierzu auch die Analyse im Bereich Umweltwirkungsbewertung). Durch einen großflächigen Einsatz von Farbstoffsolarzellen- und organischen Solarzellen[1] könnten somit erhebliche Energieeinsparungen erreicht werden. Die erwarteten geringen Produktionskosten können zudem die Verbreitung von photovoltaischen Anwendungen erhöhen und damit die Nutzung regenerativer Energien insgesamt stärken. Auch werden sozial positive Auswirkungen erwartet, da durch günstigere Anschaffungspreise z.B. Nutzer in Entwicklungs- und Schwellenländern gewonnen werden können, die bisher keinen Zugang zu einer günstigen und umweltfreundlichen Energieversorgung hatten.

Prototypenpanel

Bild: Im Projekt ColorSol® hergestellter Prototypenpanel aus Farbstoffsolarzellen.
(Foto: Zuckerfabrik Fotodesign)