Fortschritt bei der Herstellung von Farbstoffsolarzellen

(31.3.2006) Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE stellt auf der Hannover-Messe Solarmodule mit Farbstoffsolarzellen aus. Anders als bei herkömmlichen Solarzellen wandelt hierbei ein organischer Farbstoff Licht in Strom um. Die Herstellung erfolgt durch üblichen Siebdruck und bietet bemerkenswerte Optionen der Gestaltung.

Zunächst wurden in Verbundprojekten mit der Industrie Materialien und Herstellung optimiert. „Jetzt geht es um die Erkundung eines Marktes, der auf die speziellen Vorteile von Farbstoffsolarzellen zugeschnitten ist. Dazu suchen wir Partner, die in erste Testanlagen und Demonstrationsprojekte investieren wollen,“ erklärt Dr. Andreas Hinsch, Projektleiter am Fraunhofer ISE, den aktuellen Stand der Dinge.

Mit einer neuen Glaslottechnik haben Hinsch und sein Team die entscheidende Hürde - nämlich die einfache Herstellung und Stabilität - für die praktische Erprobung genommen: Alle Materialien für die Zellenbildung werden als Paste im Siebdruck strukturiert auf zwei Glasplatten aufgebracht. Die beiden Platten werden dann miteinander verbunden, so dass sich mäander- oder streifenförmige Kanäle bilden. In diese Kanäle werden der Farbstoff und ein Elektrolyt eingefüllt - fertig ist die Solarzelle.

Die Solarzellen sind originär ockerfarben transparent. Diese Farbe kann durch Filter variiert werden. Farbige Pasten heben das Muster hervor oder lassen die Oberfläche einheitlich erscheinen. Durch das Bedrucken mit streuenden Schichten können ferner innerhalb der Module Bilder und Schriftzüge ohne nennenswerten Leistungsverlust kreiert werden. „Besonders für Fassaden und Werbezwecke ergeben sich ganz neue Möglichkeiten“, freut sich Hinsch.

Für die Hannover-Messe hat das Fraunhofer ISE mehrere 30 x 30 cm² große Module grafisch unterschiedlich gestaltet. In ihnen sind jeweils sechs Solarzellen hintereinander geschaltet. Das ergibt ...

• etwa 4,2 V Spannung,
• und 0,8 A Strom
• bei 2,5% Wirkungsgrad.

In zwei Jahren erwartet Hinsch durch Verbesserung der Drucktechnik bis zu 5% Wirkungsgrad auf 60 x 100 cm² großen Flächen. Auf 1 cm² kleiner Fläche wurde aus Japan bereits ein Wirkungsgrad von 10,4% gemeldet.

Seit 15 Jahren wird an der Farbstoffsolarzelle geforscht, die Licht in elektrische Energie umwandelt. Das Herz der Zelle besteht aus einem organischen Farbstoff sowie aus dem Universaltalent Titandioxid (TiO₂), das u.a. in Zahnpasta sowie selbst- und luftreinigenden Baustoffen zum Einsatz kommt und in Farbstoffsolarzelle als hochtechnologische nanokristalline Paste auftritt.

Das große Problem bislang: Die Farbstoffsolarzelle braucht eine kleine Menge flüssigen Elektrolyts. Wie gewährleistet man also die Dichtheit der Zellen? Die Fraunhofer-Forscher haben mit dem siebgedruckten Glaslot jetzt einen entscheidenden Schritt vorwärts geschafft. Es versiegelt die Glasplatten hermetisch nach außen und schützt innen empfindliche Materialien vor Degeneration. Mehrere 1.000 Stunden beschleunigter Alterungstest unter unterschiedlichsten Bedingungen zeigen die bereits gute Langzeitstabilität der Zellen.

Die Arbeiten wurden im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung & Forschung BMBF sowie der Europäischen Union und dem Land NRW geförderten Projekts durchgeführt.