Farbstoffsolarzellen sind eine preiswerte und viel versprechende Alternative zu photovoltaischen Zellen aus Silizium. Bisher besitzen diese sogenannten Grätzel-Zellen aber einen großen Nachteil: Die elektrisch leitfähige Komponente – der Elektrolyt – liegt in flüssiger Form vor und kann auslaufen, was die Lebensdauer der Zellen enorm einschränkt. Ein Team um Mercouri Kanatzidis von der Northwestern University in Evanston im US-Bundesstaat Illinois entwickelte nun ein neuartiges Elektrolytmaterial, das die Zellen effizienter und länger haltbar machen soll.

Grätzel-Zellen nutzen Farbstoffmoleküle, um das Sonnenlicht zu absorbieren und es in Strom umzuwandeln – ähnlich dem Chlorophyll in Pflanzen. Herkömmliche Varianten bestehen aus einer wenige Mikrometer dicken porösen Schicht aus Titandioxidkristallen, an denen sich die Farbstoffe anlagern. Eingefasst ist diese Struktur zwischen zwei leitfähigen Glasplatten, und die Poren der Titandioxid-Struktur sind mit einem flüssigen Elektrolyt gefüllt, der die freigesetzten Ladungsträger zu den beiden Elektroden transportiert.

Kanatzidis und seine Kollegen nutzen denselben Grundaufbau, setzen als Elektrolyt nun allerdings ein Halbleitermaterial aus Cäsium, Zinn und Jod ein. Dieses lässt sich in einer organischen Flüssigkeit lösen und kann so ebenfalls die Nanoporen in der Titandioxidschicht durchdringen. Anschließend verdampft die Lösung jedoch und der Elektrolyt kristallisiert zwischen den mit Farbstoffmolekülen beschichteten Titanoxid-Nanopartikeln. Das nun feste Elektrolytmaterial kann nicht aus der Zelle auslaufen oder Korrosion verursachen, erläutert Kanatzidis.

Die neuartige Farbstoffsolarzelle weist einen Wirkungsgrad von rund zehn Prozent auf und kommt damit anders als vorherige Ansätze nahe an den Wert von konventionellen Farbstoffsolarzellen heran, der zwischen zehn und zwölf Prozent liegt. Siliziumzellen wandeln dagegen rund zwanzig Prozent des einfallenden Sonnenlichts in elektrische Energie um. Die Wissenschaftler hoffen, auch bei der von ihnen entwickelten Solarzelle den Wirkungsgrad in Zukunft noch weiter steigern zu können.