Test von zwei Konzepten, welche die Effizienz von p-Typ-Farbstoffsolarzellen verbessern können

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Krautscheid; Dr. Stefan Zahn
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen ; Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280093010

Billige, leistungsfähige Solarzellen sind ein Schlüsselfaktor um die weltweiten Kohlendioxidemission zu verringern. Farbstoffsolarzellen sind günstig und zeigen auch unter diffusem Licht eine vergleichsweise hohe Leistung, weshalb diese insbesondere für Anwendungen innerhalb von Deutschland interessant sind. Die leistungsfähigsten Prototypen, welche eine Photoanode besitzen (n-Typ), erreichten bereits eine Energieumwandlungsrate von 13 %. Die Leistung von Farbstoffsolarzellen mit einer Photokatode (p-Typ) ist jedoch wesentlich geringer. Lediglich ein Prototyp erreichte bisher eine Effizienz von knapp über 1 %. Eine leistungsfähige Photokatode ist jedoch wichtig für den erfolgreichen Bau einer Tandem-Farbstoffsolarzelle, welche eine leistungsstarke Photoanode als auch Photokatode besitzt. Neben einer potentiellen höheren maximalen Leistung kann auch eine erhöhte Spannung von diesem Solarzellentyp erzeugt werden. Im Rahmen dieses Antrages sollen zwei Konzepte getestet werden, die zu leistungsstarken Photokatoden für Farbstoffsolarzellen führen können. Das erste Konzept testet den Einsatz von ionischen Flüssigkeiten in Kombination mit Übergangsmetallelektrolyten. Es erscheint sinnvoll, dass die Anionen der ionischen Flüssigkeit besser an der positiv aufgeladenen Photokathode koordinieren als stark positiv aufgeladene Übergangsmetallelektrolyten und somit die Rekombinationsrate zwischen Elektrolyt und Halbleiter verringern sollten.Das zweite Konzept untersucht, ob ein temporäres Docking eines Übergangsmetallelektrolyten am Farbstoff die Effizienz steigern kann. Die Koordinierung des Farbstoffes über eine Lewis Base an einem Übergangsmetallelektrolyten sollte die Elektronentransferrate vom Farbstoff auf den positiv geladenen Elektrolyten beschleunigen. Im Falle von Kobalt oder Kupfer wird dabei das Elektron in ein antibindendes d-Orbital übertragen, so dass durch die Reduktion des Übergangsmetalls die Bindung zwischen Farbstoff und Redoxträger geschwächt wird. Dadurch sollte die oxidierte Form des Elektrolyten in Lösung die reduzierte, am Farbstoff koordinierte Form verdrängen können, wodurch die Ausgangssituation wieder hergestellt wird.Sollte eines der beiden Konzepte funktionieren, soll ein Folgeantrag sich der Optimierung der neuen p-Typ Farbstoffsolarzellen als auch der Konstruktion einer ersten leistungsfähigen Tandem-Farbstoffsolarzelle widmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen