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Farbstoffsensibilisierte Solarzellen mit neuem Leben erfüllen

14.06.2019

Illustration by Izumi Mindy Takamiya

Ein neuer molekularer Farbstoff verbessert die Effizienz von Solarzellen.

Forscher des Institute for Integrated Cell-Material Sciences der Universität Kyoto haben eine beliebte Art von farbstoffsensibilisierten Solarzellen durch Anpassung und Aktualisierung ihrer Struktur effizienter gemacht. Das Team berichtet im Journal of the American Chemical Society (JACS) von einer Reihe von Anpassungen mit einem Wirkungsgrad von 10,7%, der bisher höchsten für diese Art von Farbstoffsolarzellen, der derzeit effizientesten verfügbaren Solartechnologie.

Aktuelle farbstoffsensibilisierte Solarzellen bestehen aus einer porösen Schicht Titandioxid, die mit einem molekularen Farbstoff überzogen ist. Beim Eindringen von Sonnenlicht werden die Elektronen beim Durchlaufen angeregt und zur Energiegewinnung gesammelt, bevor sie wieder in den Elektrolyten und zurück zum Farbstoffmolekül zurückgeführt werden. Da sie leicht und kompakt sind, haben sie einen hohen Industrieanreiz als Ersatzmaterial für aktuelle Dachsolarzellen.

Es gibt verschiedene Ansätze zur Strukturierung dieser Solarzellen; wobei die aromatische Ringfusion zu einem Porphyrinkern am attraktivsten ist, da sie rotes Licht gut absorbieren. Doch sie haben ihre Schattenseiten: Die Elektronen werden nur für eine kurze Lebensdauer angeregt, neigen zur Aggregation, was die Umwandlung in Leistung erschwert.

Um die Effizienz zu verbessern, untersuchten Hiroshi Imahori, Tomohiro Higashino und Kollegen die Verwendung eines methylengebundenen Materials, das mit dem Porphyrinkern verschmolzen ist. Sie glaubten, dass dies die Nachteile überwinden würde, insbesondere durch Unterdrückung der Aggregation und Verbesserung der Energieumwandlung.

Mit dem neuen Molekülfarbstoff DfZnP-iPr erreichten sie eine höhere Effizienz als bisher berichtet. Sie glauben, dass ihre Forschung die Erforschung von aromatisch fusionierten Porphyrin-Sensibilisatoren für diese Hochleistungs-Solarzellen wiederbeleben wird.

"Die wachsende Besorgnis über die Verwendung fossiler Brennstoffe und Umweltfragen erfordert, dass wir hart an der Verbesserung nachhaltiger Energiesysteme arbeiten. Unsere Arbeit verbessert die Effizienz einer leichten und attraktiven Solartechnologie und wir hoffen, dass sie die Forschungsgemeinschaft anregen wird, das Potenzial von aromatisch kondensierten Porphyrin-Sensibilisatoren für hochleistungsfähige farbstoffsensibilisierte Solarzellen weiter zu erforschen", sagt Hiroshi Imahori vom Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) der Universität Kyoto.

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