Fortschritte bei der Materialentwicklung für Farbstoffsolarzellen

Ein verbesserter Elektrolyt sowie neue Farbstoffe sind die Ergebnisse des vom Fraunhofer ISE koordinierten Netzwerkprojekts »Entwicklung von Systemkomponenten für langzeitstabile Farbstoffsolarzellen mit hohem Wirkungsgrad«. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hatte diesen in Deutschland bislang einzigartigen Forschungsverbund mit dem Ziel gefördert, die in Farbstoffsolarmodulen verwendeten Materialien weiter zu entwickeln.

Das Fraunhofer ISE als Institut für angewandte Forschung führte dabei Spezialisten aus der Grundlagen- und Materialforschung zusammen. Am Netzwerkprojekt beteiligt waren Arbeitsgruppen der Universitäten Freiburg, Heidelberg, Regensburg, Erlangen und Stuttgart, das Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung sowie das Forschungsinstitut für Pigmente und Lacke in Stuttgart. Darüber hinaus waren zwei europäische Arbeitsgruppen an der Polytechnischen Hochschule Krakau und an der Universität Ljubljana in das Netzwerkprojekt eingebunden.

Die technologischen Anforderungen einer späteren industriellen Anwendung bei der Produktion von Farbstoffsolarmodulen standen im Mittelpunkt der Arbeiten. So entwickelten die Forscher gelierbare Elektrolyte auf der Basis von diffusionsoptimierten, ionischen Flüssigkeiten. Durch deren Gel artige Beschaffenheit haben sie das Potenzial, die Auslaufsicherheit von Farbstoffsolarmodulen zu gewährleisten und deren Langzeitstabilität zu erhöhen. Ein weiteres Projektergebnis ist die Herstellung neuartiger, kostengünstiger Elektrodenmaterialien mit hoher katalytischer Wirkung und guter elektrischer Leitfähigkeit. Sie erlauben die Fertigung von Farbstoffsolarzellen in einem vollständig auf Siebdruck basierenden monolithischen Schichtaufbau. Ein solcher Schichtaufbau ließ sich bisher in anderen Dünnschichtsolartechnologien nur mittels aufwändiger Verfahren umsetzen. Weiterhin lieferte das Netzwerkprojekt einen neuen Ansatz zur zukünftigen Verbesserung des Wirkungsgrads von Farbstoffsolarzellen. Ausschlaggebend hierbei ist die Synthese effizienter Donor-Akzeptormoleküle nach dem Prinzip des resonanten Energietransfers. Dieser ermöglicht eine spektral breitbandige Absorption des Sonnenlichts bis in den Infrarotbereich hinein. Im Hinblick auf die Zielanwendung Fassadenintegration haben die Netzwerkpartner schließlich die Möglichkeiten attraktiven optischen Designs von Farbstoffsolarmodulen untersucht und dafür farbgebende Materialien bewertet.

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