Solar-Wind-Bio

Bereits seit den 1980ern forschten Michael Grätzel und seine Mitarbeiter an der Technischen Hochschule in Lausanne an der Entwicklung von organischen Farbstoffsolarzellen. Den Prototypen dieser bahnbrechenden Erfindung auf dem Gebiet der Solartechnologie ließ sich Grätzel schließlich 1992 unter seinem Namen patentieren. Aber was ist eine Grätzelzelle und wie funktioniert sie?

Bei einer Grätzelzelle handelt es sich um eine Solarzelle, die auf dem abgewandelten Prinzip der Photosynthese beruht. Elektrisch leitende Glasplättchen (die Elektroden), ein pflanzlicher Farbstoff (z. B. der grüne Blattfarbstoff Chlorophyll), ein Katalysator (z. B. Graphit), Elektrolyte (z. B. Jodlösungen) und mikroskopisch kleine Partikel des Halbleiters Titanoxid wandeln Sonnenlicht in elektrischen Strom um.

Das funktioniert folgendermaßen: Die elektromagnetische Strahlung des Sonnenlichts trifft auf die Grätzelzelle, dabei werden Elektronen aus dem Farbstoff herausgelöst, die in Sekundenbruchteilen durch Elektronen aus dem Elektrolyt ersetzt werden. Die freigewordenen Elektronen werden dann an eine von zwei Glasplättchen (dünn mit Titanoxid beschichtet) abgegeben. Strom beginnt zu fließen, wenn man einen Abnehmer (z. B. ein elektrisches Haushaltsgerät) zwischen das erste und zweite Glasplättchen bringt. Anschließend werden die Elektronen über die zweite Glasplatte an den Katalysator weitergegeben und letztendlich wieder dem Farbstoff zugeführt – der Kreislauf beginnt von vorne, solange Licht auf die Grätzelzelle fällt.

Die Vorteile der Grätzelzelle liegen darin, dass man sie überaus günstig herstellen kann, denn Materialien und Herstellungsprozess verschlingen keine Unsummen. Die Zelle kann auf dünnen Plastikfolien aufgetragen werden, dadurch wird sie flexibel einsetzbar. Sie erzeugt auch noch bei diffusem Licht mit geringem Einfallswinkel relativ viel elektrischen Strom, da sie einen großen Anteil des Sonnenlichtspektrums nutzen kann. Außerdem ist die Energiebilanz der Grätzelzelle hervorragend. Anders als normale Solarzellen auf Siliziumbasis muss man bei der Grätzelzelle weniger Energie in der Herstellung aufwenden. Schon nach knapp einem Jahr erzeugt sie mehr Strom als für ihre Fertigung benötigt wurde.

Die wenigen, aber nicht unerheblichen Nachteile der Grätzelzelle sind: ihr geringer Wirkungsgrad, der nur bei zwei bis elf Prozent liegt und das Problem der dauerhaften Versiegelung der Elektrolyte. Doch die Forscher arbeiten mit Hochdruck an Lösungsansätzen und Verbesserungen, man ist sehr zuversichtlich in absehbarer Zukunft Wirkungsgrade von knapp dreißig Prozent und stabile Versiegelungen erreichen zu können.