Günstige Solarzellen aus häufigen Metallen

5. Mai 2012, 10:20

Methode ermöglicht Bau nachhaltiger Farbstoff-Solarzellen auf der Basis von Zink

Chemiker der Universität Basel haben einen wegweisenden Ansatz entwickelt, günstige und nachhaltige Farbstoff-Solarzellen auf der Basis von Zink herzustellen - eines der häufigsten Elemente in der Erdkruste. Die neue Technik hat den Vorteil, dass bei dem Herstellungsverfahren auf teure und seltene Rohstoffe weitgehend verzichtet werden kann.

Farbstoff-Solarzellen oder DSC (Dye-sensitized Solar Cells) bestehen aus dem Halbleiter Titandioxid, auf dem ein Farbstoff verankert ist. Dieser Farbstoff absorbiert Sonnenlicht und überträgt Elektronen an den Halbleiter, wodurch ein Stromfluss entsteht. Den Forschern Nik Hostettler und Ewald Schönhofer aus der Gruppe von Edwin Constable und Catherine Housecroft an der Universität Basel sind nun zwei Durchbrüche gelungen: Erstens haben sie eine neue Strategie zur Herstellung und Verankerung von Farbstoffen an der Oberfläche von Titandioxid-Nanopartikeln entwickelt und zweitens konnten sie erstmals zeigen, dass dazu einfache Verbindungen des reichlich verfügbaren Metalls Zink verwendet werden können. Laut der Projektleiterin Biljana Bozic war entscheidend, ein Verfahren für die gleichzeitige Synthese des Farbstoffs und dessen Verankerung auf der Halbleiteroberfläche zu entwickeln.

Neuartige Farbstoffe

Die Entdeckung, dass Zinkfarbstoffe zur Herstellung von Solarzellen verwendet werden können, war äusserst unerwartet. Laut Constable wird Zink von den meisten Chemikern als eher "langweiliges" Element angesehen, da die meisten seiner Verbindungen farblos sind. Bei Forschungsarbeiten im Hinblick auf neuartige Beleuchtungssysteme hatten er und sein Team organische Verbindungen entdeckt, die an Zink gebunden neuartige, intensiv-farbige Materialien bilden. Obwohl die mit farbigen Zinkverbindungen bestückten Solarzellen noch nicht besonders effizient arbeiten, öffnet diese Beobachtung den Weg für eine neue Generation von Solarzellen, die mit bisher unberücksichtigten Farbstoffen arbeiten.

Herkömmliche Farbstoff-Solarzellen verwenden Farbstoffe auf der Basis von Ruthenium. Ruthenium ist ein sehr seltenes Metall und mit rund 2.990 Euro pro Kilogramm entsprechend teuer. Kürzlich demonstrierte das Basler Forscherteam die Leistungsfähigkeit von Farbstoffen aus dem reichlich vorkommenden und relativ günstigen Kupfer (6,3 Euro pro Kilogramm). Durch die Verwendung von billigem Zink (1,5 Euro pro Kilogramm) erhöht sich die Nachhaltigkeit der Technologie zusätzlich. "Dies ist ein bedeutender Schritt in Richtung unseres Traums, Photovoltaik und Beleuchtung in intelligenten Vorhängen zu verbinden, die tagsüber Sonnenenergie speichern und nachts als Beleuchtungselemente dienen", so Ed Constable. "Dieses Vorhaben steht im Zentrum unseres Forschungsprogramms 'Light-In, Light-Out', das vom Europäischen Forschungsrat ERC finanziert wird." (red, derstandard.at, 5.5.2012)

Kommentar posten
24 Postings
Diese auch Grätzel-Zellen genannten Solarzellen sind nicht so günstig

Gerade mit der Abdichtung dieser Zellen gibt es noch einige Herausforderungen, die zumindest zur Zeit noch die Verwendung dieser Zellen wirtschaftlich uninteressant machen.

Und beim rapiden Preisverfall der Si-basierten Zellen bin ich mir nicht sicher, ob sich die Fortschritte bei den Grätzelzellen je wirtschaftlich rentieren können.

Kernkraft jetzt

wird alles Geschichte sein wenn LENR die Bühne betritt.

http://www.cvent.com/events/in... cbd25.aspx

Wenn sogar Schüler erfolgreich LENR Reaktoren bauen kann der Weg nicht mehr weit sein zum Ziel.

http://www.leopoldopirelli.it/index.php... &cont=1000

Selbst am MIT funktioniert es:

http://www.e-catworld.com/2012/05/h... on-at-mit/

Gruß LENR4you

Ich warte jetzt schon langsam ungeduldig auf so ´nen

kleinen LERN-Reaktor für´n Hausgebrauch ;)

.. tja wenn es soooo einfach ist, warum wird es dann noch nicht verwendet?

ach natuerlich.. wahrscheinlich wird alle forschung in die richtung total unterdrueckt vom CIA und vom NSA und von wem noch aller?... Die schulklasse mit ihrem versuch wird allesamt eines unerwartet natuerlichen todes sterben usw...

@yomellamo
Forschung:
Der zu spät kommt bestraft das Leben.
Schulklasse: Warum soll den die unerwartet sterben?

Bitte sachlich bleiben.

LENR4you

Sonnenzellen sind nur deswegen so teuer, weil durch den ünnötig hohen Wirkungsgrad hochreine Kristalle verwendet werden !

Bei halben Wirkungsgrad (etwa 10 %) fallen die Kosten ins Bodenlose. Bei Wegfall der Aufhängungskosten durch die Ausführung als Dachziegel sind Amortisationskosten von wenigen Jahren bis wenigen Monaten zu erwarten (schon bei jetztigen Energiekosten !). Dies entspricht übrigen dem ROI von Wärmedämmung bei Neubau und anstehender Sanierung.

Von "so teuer" kann man eigentlich kaum mehr sprechen. Bei allen 3 Typen von Siliziumzellen kosten die Module inzwischen weniger als 1 Euro pro Watt.
Bzw. zwischen 50 und 200 Euro pro m², je nach Typ.

Vielleicht werden Farbstoffzellen mit vernünftiger Lebensdauer ja wirklich einmal eine ernstzunehmende Konkurrenz zur etablierten Technik. Das dürfte aber noch eine Weile dauern.

Nichtsdestotrotz ist natürlich jeder Fortschritt in der Forschung zu begrüßen.

"1 Euro pro Watt" - und wie schaut die Amortisationrechnung in unseren Breiten aus ?

Sie rechnen 50 - 200 (???) Watt (elektrische Ausgangs-)Leistung pro Quadratmeter - für eine Auslegungsleistung von 8 kW also 40 (???) bis 160 m2 - somit also 2000 (??????) bis 32.000 EURO OHNE Tragwerk, Leitungen und Speicher.

Für ein gut gedämmtes Haus nicht zu amortisieren.

????

Wie gesagt, alle Silizium-Module sind bereits unter 1 Euro pro Watt Peak. D.h. für 8 kWp würden ALLE Module unter 8000 Euro kosten.

Durch die unterschiedlichen Wirkungsgrade (5 bis 20%) unterscheiden sich nur die Flächen, die für eine Leistung von 8 kWp nötig wären:
Amorphes Silizium: Bis zu 160 m².
Polykristallin (die "typischen" Solarzellen): Etwa 60 m².
Monokristallin: Etwa 40 m².

Wenn ich dein Argument richtig verstanden habe, sollte man ineffiziente und flächenmäßig billige Module verwenden, um das ganze Haus damit zu decken und sich ein "normales" Dach sparen zu können.

Amorphes Silizium bietet sich da durchaus an, ich bezweifle, dass Farbstoff-Solarzellen da in absehbarer Zeit günstiger abschneiden werden (Lebensdauer!).

Danke für - ENDLICH SOGAR IN DIESEM SUDELFORUM - kompetente Antwort !

Jawohl ! Obwohl ich nicht auf dem neuesten Stand bin, war das Wettrennen um den höchsten Wirkungsgrad (deutlich über 20 % der Strahlungsleistung in Gleichstrom umzuwandeln) der Grund für die hohen Preise der Elemente. Da spielten die Kosten für die Trage- und Stabilsierungselemente (noch) eine untergeordnete Rolle.

Wir hatten übrigens am Institut für Hochbau, Abteilung für Bauphysikalische und Humanökologische Grundlagen des Hochbaus, der TU Wien einen Prüfstand für den Wirkungsgrad von Kollektoren ("künstliche Sonne") und daher einen ganz guten Überblick über den Markt (bis 1995).

Hat Photovoltaik noch Zukunft?

Die Branche leidet unter dem Preiskampf, trotzdem ist der KW Preis noch nicht marktfähig.
Das größte Problem ist dass man die Energie bei PV nicht, oder nur kaum, speichern kann.

Es gäbe bessere Techniken, hier sollte die Forschung forciert werden:
http://tinyurl.com/7zeex98
http://tinyurl.com/4yon4jq
http://tinyurl.com/8xzqz8c
http://tinyurl.com/6vw9btg

Mit diesen Techniken wäre es auch möglich weitgehend unabhängig von Öl- und Gasimporten zu werden, was auch politisch wichtig wäre.

sie haben natürlich völlig recht

synthetische treibstoffe wären ein großer fortschritt.

damit kann energie dorthin transportiert werden wo sie nötig ist und gelagert werden bis man sie braucht.

der wettlauf mit dem ende der resourcen ist eröffnet. warum man damit nicht schon vor 40 jahren angefangen hat ist mir übrigens ein völliges rätsel...

die chemischen grundlagen dafür sind keine neuigkeiten.

Der Wettlauf der Ressoucen ist schon lange ein Problem, ich habe mich immer schon gewundert warum die Politik nicht auf mehr autarkie setzt.

Das gleiche Problem gibt es doch bei den Rohstoffen, anstatt das man Recycling fördert und weiterentwickelt macht man sich von großen Konzernen und Diktaturen abhängig.

Was Sie hier als Alternativen anpreisen sind keine.

Sondern Ergänzungstechnologien um Sonnenenergie in Treibstoff umzuwandeln. Daß dies aber nur für jene Sektoren sinnvoll ist, die auch mit Verbrennungsprozessen arbeiten ist klar.

Wo Sonnenenergie ohne Umwege genutzt werden kann, sollte das auch geschehen. Jeder weitere Schritt bringt Umwandlungsverluste.

Es sind keine Ergänzungstechnologien, sie haben das Potential die Energieträger der Zukunft zu erzeugen.

Sie haben das Problem der PV nicht verstanden: Sie lässt sich nicht speichern und ist zu teuer.

Das wichtigste der Energieversorgung ist dass man immer ausreichend Energie zur Verfügung hat. Um das zu erreichen muss man sie speichern können.

Anstatt den PV Schwachsinn weiter mit Milliarden zu subventionieren sollte man dieses Geld in die Erforschung und Entwicklung echter Alternativen stecken.

vom

"3d"Geist hätte ich mehr Flexibilität erwartet...
Was heißt schon ausreichende Energieversorgung -
Warum nicht unser Leben anpassen (an eine diskontinuierliche Versorgung)?

Wie stellen sie sich das vor?

Fernsehen und Kühlschrank nur im Sommer wenn die PV-Anlage genug strom erzeugt?
Im Winter nur tagsüber ein bisschen Wärme wenn zufällig die Sonne scheint?

Wieso konstruiert ihr hier einen Gegensatz. Ihr habt beide recht. Die Wirkungsgrade der Umwandlung von Licht in Treibstoffe (Syngas) sind nicht höher als PV oder CSP, eher deutlich geringer (noch jedenfalls). Und dann noch verstromen, in einem GuD mit 60% Wirkungsgrad... Also, direkt verwenden ist schon besser. Zum Speichern, um Strom dann zu erzeugen, wenn sonst keine EE zur Verfügung stehen, zur Herstellung von Treibstoffen sieht es wieder ganz anders aus. Da könnte dies sehr wohl auch effizienter werden, als Gas und in Folge andere Treibstoffe mit Strom herzustellen! Beides ergänzt sich wunderbar!

Es geht nicht nur um die Wirkungsgrade, das wichtigere ist eigentlich die Wirtschaftlichkeit.

Es ist wesentlich sinvoller Enerige zu erzeugen die man leicht speichern kann(Syngas) als Energie zu erzeugen die sofort verbraucht werden muss.
Die Schwankungen im Tages- und Jahresverlauf müssen beachtet werden.
Syngas müsste ja nicht unbedingt verstromt werden sondern kann ja auch zu Antrieb von z.B. Autos verwendet werden.

Grundsätzlich spricht ja nichts gegen PV als Zusatzenergiequelle, aber ein Hauptenergieträger muss speicherbar sein und variabel einsetzbar. Das ist mit Syngas möglich.

Ich selbst habe PV für lange Zeit wirtschaftlich in Frage gestellt

Aber man muss zugestehen dass mit den derzeitigen Preisen eine PV-Anlage zumindest in Deutschland billiger StromV produzieren kann als ein EVU liefern kann.
Grössere Stromkonsumenten wie Supermärkte oder auch Gewerbe & Industriebetriebe die Flachdächer haben könnten leicht einen Teil ihres Elektrizitätsbedarfes durch PV OHNE Förderung erzeugen.
Privathaushalte haben es schon schwieriger, die können nicht so viel Strom konsumieren wie während des Tages erzeugt wird. Aber die könnten die Warmwasseraufbereitung&Heizung auf Wärmepumpen umstellen. Dann kann man die Energie vor allem im Winter speichern. Rechnet sich aber nur wenn ein Teil der PV-Anlage steuerlich absetzbar ist, und mit einer Einspeisevergütung für den Reststrom von8c.

Attraktive, junge Dame!

sehr gut - wieder ein schritt in die richtige richtung!

Die Kommentare von Usern und Userinnen geben nicht notwendigerweise die Meinung der Redaktion wieder. Die Redaktion behält sich vor, Kommentare, welche straf- oder zivilrechtliche Normen verletzen, den guten Sitten widersprechen oder sonst dem Ansehen des Mediums zuwiderlaufen (siehe ausführliche Forenregeln), zu entfernen. Der/Die Benutzer/in kann diesfalls keine Ansprüche stellen. Weiters behält sich die derStandard.at GmbH vor, Schadenersatzansprüche geltend zu machen und strafrechtlich relevante Tatbestände zur Anzeige zu bringen.