Novel aqueous electrolyte films for hole conduction in dye sensitized solar cells and development of an electron transport model

Stipendiatin/Stipendiat: Dr. Matthias Junghänel

Momentan wird in Deutschland 90 % des Solarstroms mit Silizumsolarzellen erwirtschaftet. Diese sind aufgrund der aufwendigen Produktionsmethoden ökonomisch nicht konkurrenzfähig und müssen hoch subventioniert werden. Die Entwicklung alternativer, billiger Solarzellen wird in Hinblick auf eine Zukunft mit dem jetzigen, hohen Lebensstandard notwendig sein. In dieser Promotion wird die Farbstoffsolarzelle als vielversprechende Alternative untersucht. Sie basiert auf dem Halbleiter Titandioxid (einem umweltverträglichen Material, das beispielsweise in Zahnpaste und Wandfarbe Verwendung findet), der mit einem Farbstoff sensibilisiert ist und Lichtenergie in elektrische Energie mit einem Wirkungsgrad von bis zu 10 % umwandeln kann. Das Prinzip der Farbstoffsensibilisierung ist bereits seit den 70er Jahren bekannt, doch erst Anfang der 90er Jahre gelang der entscheidende Durchbruch mit kommerziell interessanten Wirkungsgraden. Die wesentlichen Vorteile liegen in der prinzipiell sehr billigen Herstellungsweise (es muss nicht mit hoch reinen Materialen wie bei Siliziumsolarzellen gearbeitet werden), der Verwendung eines nicht toxischen Trägermaterials (Titandioxid) und der sehr effizienten Elektrizitätserzeugung auch unter diffusem Tageslicht. Bis zur Produktion im industriellen Maßstab müssen jedoch noch Verbesserungen in Hinblick auf Stabilität und Versiegelung erreicht werden, da die Zelle in der jetzigen Form nicht dem Anspruch genügen kann, über mindestens 20 Jahre stabil zu arbeiten. Das Hauptproblem ist die Verwendung eines flüssigen Elektrolyten. Herkömmliche Versieglungssysteme können Stoffaustausch zwischen dem Inneren der Zellen und der Umgebung nicht dauerhaft unterbinden. Das Eindringen von Wasser bzw. das Entweichen von Lösungsmitteln lassen die Zelle degradieren. Dieses Problem soll im Rahmen der Promotion von zwei Seiten angegangen werden:1) Die Entwicklung von Feststoffelektrolyten, die eine aufwendige Versieglung überflüssig macht2) Erforschung von Mehrschichtversiegelungen, die für flüchtige Lösungsmittel dauerhaft undurchlässig sind.

Förderzeitraum:
01.01.2005 - 30.06.2007

Institut:
Hahn-Meitner-Institut
Solarenergieforschung

Betreuer:
Prof. Dr. Helmut Tributsch

E-Mail: E-Mail schreiben

URL: http://www.q-cells.com/

Farbstoffsensibilisierte Solarzellen
Farbstoffsensibilisierte Solarzellen