Grätzelzelle

Die Grätzelzelle ist eine Solarzelle, die ihren Namen nach ihrem Erfinder Michael Grätzel erhalten hat. Dabei handelt es sich um eine Solarzelle, die nicht mithilfe von Silizium Strom erzeugt, sondern auf Basis von Farbstoffen. Entwickelt hat Grätzel die Grätzelzelle in den 1980er Jahren, 1992 wurde sie zum Patent angemeldet.

In einer Grätzelzelle werden die Aufgaben, die normalerweise das Silizium übernimmt, von einem Farbstoff sowie Titandioxid zusammen mit einem Elektrolyt erfüllt. Die Funktionsweise der Grätzelzelle orientiert sich damit an der Photosynthese, bei der Pflanzen Licht in Energie umwandeln.

Der Farbstoff, üblicherweise ein Rutheniumfarbstoff (aber auch andere Farbstoffe werden für Grätzelzellen benutzt) absorbiert das Licht. Dabei werden Elektronen freigesetzt, die über das Titandioxid zur Anode geleitet wird. Titandioxid ist elektrisch leitend.

Ein Elektrolyt sorgt dafür, dass die Elektronen tatsächlich zur Anode geleitet werden. Als Katalysator für diesen Prozess dient eine dünne Schicht Graphit oder Platin. Wesentliche Leistungssteigerungen wurden durch Beschichtung der Kathode mit einem leitfähigen Polymer wie Polypyrrol erzielt.

Eine Grätzelzelle besteht aus verschiedenen Schichten:

• Zunächst kommt das Trägermaterial, zum Beispiel Glas, das mit einem transparenten, elektrisch leitenden Oxid beschichtet wird. Diese TCO-Schicht (transparent conducting oxide) besteht üblicherweise aus Indiumzinnoxid oder einem Zinnoxid, das mit Fluor dotiert ist.
• Darauf wird Titandioxid aufgebracht, das durch das Sintern eine sehr große Oberfläche erhält, an dem der Farbstoff besser haftet.
• Nach dem Farbstoff folgt die nächste Schicht: Platin, Graphit oder Aluminium, mit dem die abschließende Glasschicht bedampft wurde.
• Zwischen den beiden Glasschichten befindet sich zudem das Elektrolyt.

Grätzelzellen haben aus verschiedenen Gründen so viel Erfolg: Sie können auf ganz unterschiedliche Trägermaterialien aufgebracht werden, also auch auf flexible Folien, und versprechen dadurch größere Anwendungsmöglichkeiten.

Ein enormer Vorteil ist die geringe Schichtdicke, daher werden auch nur sehr wenig Rohstoffe für die Grätzelzelle aufgewendet. Zudem lassen sie sich sehr einfach herstellen und sind damit erheblich preiswerter als Siliziumzellen.

Andererseits ist der Wirkungsgrad von Grätzelzellen derzeit noch geringer als der von Siliziumzellen. Ein weiteres Problem ist die mangelnde Langzeitstabilität.