Wie funktioniert die organische Solarzelle?

Aufbau der organischen Solarzelle

Die organische Solarzelle kommt anders als herkömmliche Solarzellen ohne Silicium aus. Die Aufgabe des Halbleiters übernehmen hier das Titandioxid und der organische Farbstoff.

Zwischen zwei Glasplatten, welche jeweils mit einer leitenden Schicht (Transparent Conducting Oxide – TCO; meist Zinnoxid SnO) beschichtet sind, wird Titanoxid als Halbleiterschicht aufgesintert und ein organischer Farbstoff aufgetragen. Hinzu kommen eine Iodidlösung als Elektrolyt und Graphit als Katalysator.

Funktion der organischen Solarzelle

Am einfachsten kann die Funktionsweise schrittweise beschreiben werden:

1. Energie in Form von Strahlungsenergie von der Sonne trifft auf die Zelle.
2. Photonen werden aufgenommen und regen Elektronen der Farbstoffmoleküle an, das heißt die Elektronen nehmen Energie auf.
3. Das Energieniveau der Elektronen liegt über dem des Leitungsbandes des Titandioxids. Elektronen können vom Farbstoff auf das Titandioxid übertragen werden. Der Farbstoff wird oxidiert.
4. Das Iodid des Elektrolyten wird zu Iod oxidiert.
5. Auf dieses Weise werden Elektronen für die Reduktion des Farbstoffes frei. Der Farbstoff würde sich die Elektronen andernfalls vom Halbleiter „zurückholen“ und es würde nicht zum Elektronenfluss kommen.
6. Die Elektronen der Titandioxid-Schicht gelangen über die TCO-Schicht in den Stromkreislauf.
7. Wird der Stromkreis geschlossen können nun Elektrogeräte betrieben werden.
8. Die Elektronen gelangen über die Gegenelektrode (Graphit) erneut zum Elektrolyten.
9. Das Iod wird zu Iodid reduziert. Der Kreislauf beginnt erneut.