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Grätzel-Zelle


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Die Grätzel-Zelle dient der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie . Es handelt sich um eine Anwendung der Bionik die ihrer Funktion nach auch elektrochemische Farbstoff-Solarzelle genannt wird. Diese Solarzelle ist nach Prof. Michael Grätzel ( EPFL Lausanne Schweiz) benannt der sie Anfang 1990er Jahre entdeckte und 1992 patentieren ließ.

Die elektrochemische Farbstoff-Solarzelle verwendet zur Absorption von Licht nicht ein Halbleitermaterial sondern organische Farbstoffe zum Beispiel den Blattfarbstoff Chlorophyll .

Inhaltsverzeichnis
1 Literatur

Aufbau

Eine Grätzel-Zelle ist ca. 10 bis mm dick und wird begrenzt durch zwei Elektroden dienende Glasplatten zwischen denen sich die lichtabsorbierende Schicht Die Glasplatte auf der lichtzugewandten Seite dient Kathode und ist auf der Innenseite leitend mit Fluor-dotiertem SnO 2 mit beispielsweise Platininseln . Die Innenseite der rückseitigen Glasplatte ist Fluor-dotiertem SnO 2 beschichtet und dient als Gegenelektrode ( Anode ). Auf die rückseitige Glasplatte wird eine Halbleiterschicht (z. B. Titandioxid (TiO 2 )) aufgebracht die Träger des lichtempfindlichen Farbstoffes Durch Füllen der gesamten Anordnung mit einem gut leitenden Elektrolyten wird der elektrische Kontakt zwischen den hergestellt. Als Elektrolyt kommt beispielsweise eine Lösung Jod (I 2 ) und Kaliumjodid in Frage. Der Elektrolyt eine besonders gute Abdichtung der Zelle und muss chemisch besonders rein sein.

Funktion

Der Farbstoff dient als Lichtakzeptor und Bei Lichteinfall entstehen freie Elektronen und Löcher. Durch Abgabe der Elektronen den Halbleiter oxidiert der Farbstoff. Die Elektronen fließen zur und durch den Laststromkreis zur Kathode. Der wird vom Jodid wieder reduziert das dadurch zu Jod oxidiert. Das Jod wird an der oberen Elektrode wieder Jodid reduziert.

Dieser Vorgang stellt vereinfacht gesagt eine Photosynthese dar.

Bedeutung

Die Vorzüge der Grätzel-Zelle können in prinzipiell niedrigen Herstellungskosten und in der geringen Umweltbelastung bei der Herstellung liegen. Die Zelle diffuses Licht im Vergleich mit den herkömmlichen gut nutzen. Bei experimentellen Zellen wurden Wirkungsgrade bis ca. 15 % erreicht unter Bedingungen liegt der Wirkungsgrad bei ca. 10 Die Funktionsweise der Zelle ist allerdings noch nicht im Detail geklärt. Auch über die können noch keine gesicherten Aussagen gemacht werden Untersuchungen aus dem Jahr 2003 allerdings ließ Effizienz nach 1000 h bei 80°C nur ca. 6 % (relativ) nach. Die kommerzielle gilt als recht sicher ist aber produktionstechnisch nicht in Sicht.

Weblinks

Literatur

  • M. Graetzel and P. Liska "Photoelectrochemical and Process for Making Same" US Patent 084 365 (1992)



Bücher zum Thema Grätzel-Zelle

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