Preiswerte Solarenergie mit der Grätzel-Zelle

Grüne Blätter und Sonnenschein

Ob wasservogelähnliche Schwimmflossen, elefantenrüssel-inspirierte Roboterarme, der Haifischhaut nachempfundene Schwimmanzüge beziehungsweise Klebefolien für Flugzeuge, Chip-Kühlungen à la Blutkreislauf oder der nach seinem biologischen Vorbild benannte Klettverschluss – bei zahlreichen technischen Errungenschaften hat sich der Mensch ein Beispiel an der Natur genommen. Dass sich dieses Prinzip auch auf die Energieerzeugung anwenden lässt, hat der in Deutschland geborene Physiker Michael Grätzel bereits vor 20 Jahren erkannt und eine einzigartige Solarzelle kreiert, deren Vorbild die natürliche Photosynthese ist.

Die von ihm erfundenen Farbstoffsolarzelle – auch Grätzel-Zelle genannt – hat eine völlig andere Funktionsweise als herkömmliche Solarzellen und ist deutlich einfacher und preiswerter herzustellen. Das liegt in erster Linie daran, dass für Grätzel-Zellen kein Silizium mehr benötigt wird, das der kostspielige Hauptbestandteil heute gebräuchlicher Photovoltaikzellen ist.

Stattdessen bestehen die Solarzellen des Physikers aus deutlich preiswerterem Titandioxid, das mit einem Farbstoff überzogen wird. Dieser absorbiert einfallendes Licht und gibt dadurch Elektronen an das Titanoxid ab, die sich darin zur Elektrode bewegen. Das Verfahren ist – wie eingangs erwähnt – der natürlichen Photosynthese nachempfunden, wo der grüne Blattfarbstoff Chlorophyll Sonnenenergie aufnimmt und die dadurch entstehenden Elektronen abgibt.

Bei direkter Sonneneinstrahlung liegt der Wirkungsgrad von Grätzel-Zellen zwar noch unter dem von Silizium-Zellen, aber dafür erzeugen sie auch bei Bewölkung und sogar in Innenräumen Energie. Das macht sie einerseits interessant für Länder in denen nicht permanent die Sonne scheint und andererseits sind auch energieerzeugende Möbelstücke oder Wände denkbar. Gerade in diesem Zusammenhang sind die vielfältigen Design-Möglichkeiten der Farbstoffsolarzellen ein weiterer Pluspunkt. Die Farbe der Grätzel-Zellen kann nämlich beliebig bestimmt werden und sogar eine transparente Variante ist möglich. So könnten also zukünftig nicht nur Lampen und bunte Möbelstücke, sondern sogar Fenster und Glasfassaden Strom erzeugen.

Wie einfach die Herstellung seiner Solarzellen ist, beweist Professor Grätzel übrigens auch seinen Studenten am Eidgenössischen Polytechnikum in Lausanne (Schweiz) immer wieder gerne. Unter seiner Anleitung basteln diese aus leitendem Glas, Titandioxid, einem Bleistift und gepressten Beeren tatsächlich funktionierende Solarzellen.

Wahrscheinlich gerade wegen seines revolutionären Ansatzes wurde Michael Grätzel für seine Idee lange Zeit nur belächelt und er hatte große Schwierigkeiten Investoren zu finden, die an das Potential seiner Farbstoffsolarzellen glaubten. Nach fast 20 Jahren kamen 2009 die ersten Produkte mit der einzigartigen Technik auf den Markt. So werden die Farbstoffsolarzellen mittlerweile von dem in Wales ansässigen Unternehmen G24 Innovations und den Australiern Dyesol hergestellt und finden beispielsweise in Rucksäcken, mit denen sich unterwegs Handys und mp3-Player aufladen lassen, Verwendung.

Außerdem wurde Michael Grätzel Anfang Juni für seine Solarzelle mit dem finnischen Millenium-Technologiepreis ausgezeichnet. Der mit 800.000 Euro dotierte Preis gilt als „Nobelpreis für Ingenieure“ und wird „für eine die Lebensqualität und das Wohl der Menschen erheblich verbessernde technologische Innovation“ vergeben. Ironischerweise besteht die von der finnischen Staatspräsidentin Tarja Halonen überreichte Trophäe genau aus dem Material, das die Grätzel Zelle im Gegensatz zu herkömmlichen Solarzellen nicht mehr enthält: Silizium.

Matthias Schaffer

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