DE19757312A1 - Langzeitstabile, farbstoffsensibilisierte Solarzelle - Google Patents
Langzeitstabile, farbstoffsensibilisierte SolarzelleInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine photoelektrochemi
sche Solarzelle mit einem Farbstoff zur Umwandlung von
Photonen in Elektronen sowie mit Mitteln zur Erzeugung
eines nutzbaren elektrischen Stroms aus den Elektronen,
z. B. bekannt aus DE 42 07 659 A1 oder DE 43 06 410 A1
oder US 5,084,365.
Bekannt sind photoelektrochemische Solarzellen oder
farbstoffsensibilisierte Solarzellen, die ein elek
trisch leitfähiges Substrat aufweisen. Auf dem Substrat
ist eine Halbleiterschicht aufgebracht. Auf der Halb
leiterschicht ist ein Farbstoff adsorbiert.
Nach Anregung des Farbstoffes durch ein Photon wird ein
Elektron auf den Halbleiter übertragen. Das im Inneren
des Halbleiters herrschende elektrische Feld sorgt für
den weiteren Transport des Elektrons. Die auf dem
Farbstoff zurückgebliebene positive Ladung wird auf ei
nen Redoxmediator übertragen. Der Redoxmediator befin
det sich in einer die Zelle ausfüllenden Lösung. Vom
Redoxmediator wird die positive Ladung an die Gegen
elektrode weitergeleitet. Mit diesem letzten Elektro
nentransfer wird der Redoxmediator in den reduzierten
Zustand zurückversetzt und der elektrische Stromkreis
geschlossen. Auf diese Weise sind die Elektronen in ei
nen nutzbaren Strom umgewandelt worden, da der Strom
nun technische elektrische Geräte wie z. B. elektroni
sche Bauteile, Elektromotoren usw. betreiben kann.
Der Farbstoff sollte stabil sein, einen guten Wirkungs
grad bezüglich der Umwandlung von Photonen in Elektro
nen und großes Adsorptionsvermögen an der Halbleiter
schicht aufweisen.
Um die Halbleiterschicht mit dem Farbstoff zu beschich
ten, wird dieser in eine ethanolische Lösung gebracht,
in welche die Halbleiterschicht (Adsorbens) getaucht
wird. Nach einigen Stunden in dieser Lösung ist die
Halbleiterschicht mit einer Monolage des gewählten
Farbstoffs bedeckt.
Als Lösungsmittel für den Farbstoff wird bevorzugt
Ethanol verwendet, da dieses leicht und rückstandsfrei
verdampft sowie relativ wasserfrei erhältlich ist. Es
ist verhältnismäßig kostengünstig, ungiftig und zer
stört nicht die Halbleiterschicht.
Es ist aus US 5,084,365 bekannt, die Farbstoffe
RuL(Ru(bPY)2(CN)2)2, RuL2(NCS)2, RuL3 bei einer photo
elektrochemischen Zelle vorzusehen
(L = 2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylat).
Nachteilhaft sind die verwendeten Rutheniumkomplexe
sehr teuer und kommerziell schwer oder nicht erhält
lich. Sie sind kaum in Ethanol löslich. Bei längerer
Aufbewahrung fallen diese Komplexe in einer solchen Lö
sung aus. Sie müssen dann durch Behandlung im Ultra
schallbad wieder in Lösung gebracht werden.
Gleichzeitig sind die oben genannten Farbstoffe in
ethanolischer Lösung schon bei geringstem Lichteinfall
instabil, d. h. sie zersetzen sich innerhalb weniger Wo
chen.
Nur wenn die Farbstoffkomplexe an Titandioxid adsor
biert sind und von dem erwähnten Redoxmediator um
schlossen werden, sind sie länger stabil.
Die vorgenannten Eigenschaften erschweren die Handha
bung der Farbstoffe und die Herstellung von farb
stoffsensibilisierten Solarzellen.
Aus der Druckschrift "NL-Z: Solar Energy Materials and
Solar Cells, Bd. 33, 1994, S. 301-315" l sind
PEC-Solarzellen bekannt, bei denen als Farbstoff ein
Rhodamin verwendet wird. Rhodamin 6G wird gemäß
Druckschrift US 4 052 536 als Farbstoff vorgesehen, um
aus Licht Strom zu erzeugen.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer photo
elektrochemischen Zelle mit einem stabilen, kommerziell
preiswert erhältlichen, leicht handhabbaren Farbstoff
mit hohem Wirkungsgrad bei der Konversion von Photonen
in Elektronen.
Die Aufgabe wird mit einer photoelektrochemischen Zelle
mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
Nachfolgend werden die anspruchsgemäßen Farbstoffe für
photoelektrochemischen Zellen der eingangs genannten
Art nebst zugehörigem geeigneten Lösungsmittel und Kon
zentrationsangabe angegeben. Die Konzentrationsangabe
gibt Mol Farbstoff pro Liter Lösungsmittel an.
Veränderungen der Konzentrationen um zwei
Zehnerpotenzen um den jeweils genannten Wert sind
möglich.
Fig. 1 bis 4 zeigen die Strukturformeln der Farb
stoffe. Die relative Ausgangsleistung ist ein Maß für
den Wirkungsgrad des Farbstoffes bei der Umwandlung von
Photonen in Strom.
Die vorgenannten Farbstoffe sind kommerziell leicht er
hältlich, kostengünstig, und sie werden bei stickstoff
gepumpten Farbstofflasern eingesetzt. Sie sind in
ethanolischer Lösung oder in Dioxan leicht löslich. Sie
verhielten sich 2 Jahre lang und länger bei voller so
larer Einstrahlung stabil.
Die Aufbringung der Farbstoffe auf den Halbleiter ge
schieht in der eingangs beschriebenen Weise. Aufgrund
ihrer Lichtunempfindlichkeit konnten sie jedoch sehr
viel leichter verarbeitet werden. Ihre
Leistungsfähigkeit, ihr Adsorptionsvermögen sowie ihre
Langzeitstabilität innerhalb einer farbstoff
sensibilisierten Solarzelle erwies sich als gut.
Für eine farbstoffsensibilisierte Solarzelle geeignete,
zusammen mit den erfindungsgemäßen Farbstoffen einsetz
bare Substrate weisen insbesondere eine Rutilstruktur,
wie z. B. die Oxide ZrO2, VO2, NbO2, CrO2, MoO2, WO2,
MnO2, RuO2, Os2, IrO2, GeO2, SnO2, PbO2, TeO2, die Flu
oride MnF2, FeF2, CoF2, NiF2, PdF2, ZnF2 und MgF2 oder
eine Anatasstruktur auf.
Claims (1)
- Photoelektrochemische Solarzelle mit einem Farbstoff zur Umwandlung von Photonen in Elektronen sowie mit Mitteln zur Erzeugung eines nutzbaren elektrischen Stroms aus den Elektronen, dadurch gekennzeichnet, daß als Farbstoff N,N'-Bis(2,5-di-tert-butylphe nyl)-3,4,9,10-perylenedicarboximide, Rosolic Acid, N,N'-Bis(2,6-dimethylphenyl)-3,4,9,10-pe rylenetetracarboxylic diimide oder Carbol Fuchsin eingesetzt wird.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19757312A DE19757312A1 (de) | 1996-09-28 | 1997-12-22 | Langzeitstabile, farbstoffsensibilisierte Solarzelle |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19640065A DE19640065C2 (de) | 1996-09-28 | 1996-09-28 | Farbstoffsensibilisierte photoelektrochemische Solarzelle |
| DE19757312A DE19757312A1 (de) | 1996-09-28 | 1997-12-22 | Langzeitstabile, farbstoffsensibilisierte Solarzelle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19757312A1 true DE19757312A1 (de) | 1999-06-24 |
Family
ID=26029922
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19757312A Withdrawn DE19757312A1 (de) | 1996-09-28 | 1997-12-22 | Langzeitstabile, farbstoffsensibilisierte Solarzelle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19757312A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007054470A1 (de) * | 2005-11-10 | 2007-05-18 | Basf Se | Verwendung von rylenderivaten als photosensibilisatoren in solarzellen |
-
1997
- 1997-12-22 DE DE19757312A patent/DE19757312A1/de not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007054470A1 (de) * | 2005-11-10 | 2007-05-18 | Basf Se | Verwendung von rylenderivaten als photosensibilisatoren in solarzellen |
| US8231809B2 (en) | 2005-11-10 | 2012-07-31 | Basf Aktiengesellschaft | Use of rylene derivatives as photosensitizers in solar cells |
| US8501046B2 (en) | 2005-11-10 | 2013-08-06 | Basf Se | Use of rylene derivatives as photosensitizers in solar cells |
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