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Report Millennium-Preis-Verleihung in Helsinki

Ingenieur-Nobelpreis für künstliche Photosynthese

Beeren zwischen Glas

Obwohl niemand auf Grätzel gesetzt hatte, eines sprach von Anfang an für ihn als Gewinner: Keine Arbeit liegt in Zeiten der Ölpest im Golf von Mexiko und steigenden Energie-Preisen so sehr im Trend wie jene Farbstoff-Solarzelle, die überall nach ihrem Erfinder "Grätzel-Zelle" heißt. Vielleicht gab das ja bei der entscheidenden Jury-Sitzung Ende Mai den Ausschlag.

Für Grätzel kommt der Preis zum richtigen Augenblick. Nach drei Jahrzehnten intensiver Forschung ist die Zelle dem Labor endgültig entwachsen und serienreif. Im britischen Cardiff (Wales) läuft seit 2009 die kommerzielle Produktion. Zufrieden ist der Chemiker aber noch lange nicht. Grätzel machte in Helsinki jedem klar, dass er den Preis pro Kilowatt auf das Niveau von konventionellen Kraftwerken drücken möchte.

Wie so oft gab eine Krise den Anstoß, neue Wege zu beschreiten. 1973 war der junge Chemiker Grätzel Zeuge der ersten Ölkrise. Dieses Erlebnis war für ihn Motivation genug, sich intensiv mit dem bislang unbekannte Gebiet der technischen Photosynthese zu beschäftigen. Zwischen Glasscheiben gepresster Früchte dienten zum Nachweis, dass organische Verbindungen unter Lichteinwirkung Strom produzieren. Die Grundidee ist bis heute geblieben. Zunächst ging es jedoch nur langsam weiter, zumal seine Fachkollegen das Unterfangen für hoffnungslos hielten.

Vor allem an der Effizienz haperte es. Die Zellen lieferten zu wenig Strom und erst die Nanotechnik brachte die Lösung. Die chemisch-physikalischen Prozesse spielen sich in schmalen Strukturen ab. Die technische Photosynthese erfordert eine große innere Oberfläche. 1988 war es soweit. Grätzel baute zusammen mit einem Doktoranden die erste ernst zu nehmende Solarzelle mit Farbstoffen. Im Inneren besteht sie aus einer hoch poröse Struktur aus Titandioxid, die mit einem geeigneten Farbstoff beschichtet wird. Das Sonnenlicht trennt in der Farbstoffschicht die Ladungen in Gebiete mit Elektronen-Überschuss und solche mit Elektronen-Mangel. Alle verwendeten Materialien sind einfach und preiswert zu beschaffen. Statt des teuren Siliziums verwendet die Grätzel-Zelle preiswerte Farbstoffe, wie sie in Anstrichfarbe zu finden sind. Die Produktionsgeräte entstammen dem Gerätepark von Verpackungs-Produzenten. Mittelfristig sieht Grätzel die Möglichkeit, den Preis pro Kilowattstunde auf drei bis vier Eurocent zu drücken.

Die Solarzelle kommt als flexible Folie auf den Markt, die sich bequem zuschneiden und in bestehende Geräte oder Kleidungsstücke integrieren lässt. Zahlreiche Gegenstände innerhalb und außerhalb von Gebäuden könnte man quasi unsichtbar mit einer Folie aus Grätzel-Zellen überziehen und damit nahezu zum Nulltarif Strom erzeugen.

Die Farbstoffsolarzelle, besser bekannt als Grätzel-Zelle, ist fester Bestandteil der rollenden Experimentierplattform "nanoTruck" (http://www.nanotruck.de). Die Grafik zeigt das Funktionsprinzip. (Grafik: Flad & Flad Communication GmbH)

Null-Energiehäuser dank Solarfolien

Für Null-Energiehäuser sind transparente Wände und sogar Fenster denkbar, denn bei Bedarf filtern die Farbstoffe der Grätzel-Zelle nur die unsichtbaren Wellenlängen aus dem auftreffenden Licht. Grätzel Zellen sich von beiden Seiten lichtempfindlich. Das unterscheidet sie von herkömmlichen Siliziumzellen. Das ist vor allem bei bedecktem Himmel wichtig.

Schon heute sind in Mitteleuropa bei diffusem Licht und Wolken Solarzellen mit Farbstoffen ihren teureren Vettern aus Silizium ebenbürtig, nur bei direkter Sonneneinstrahlung, hat Silizium eine höhere Ausbeute. Grätzel möchte die Unterschiede weiter minimieren, immerhin steht die nach ihm benannte Zelle erst ganz am Anfang ihrer Karriere.

Ein Großteil des Preisgeldes wird Grätzel in neues Equipment stecken, um unter exakt kontrollierten Bedingungen verbesserte Zellen produzieren zu können. "Noch erreichen die Zellen nicht die theoretisch maximale Energieausbeute", weiß der Professor, "es gibt noch ein enormes Potenzial für Verbesserungen."

Erste kleine Ladegeräte für Mobiltelefone gibt es schon zu kaufen. Sein Herzensanliegen ist die Versorgung in Afrika: "Da gibt es in den meisten Regionen kein brauchbares Stromnetz."

Silizium-Gipfel für den Erfinder der Kunststoffzelle. Prof. Grätzel mit seinem Preis. (©Smartmedia PresSservice)

Leserkommentar

Christine sirowatka, Thu, 16. Jun. 2011 - 12:14:
Hallo!
Habe großes Interesse an der stromerzeugenden Folie und möchte gerne mehr darüber erfahren.
Bin interessierte Privatperson.
Mfg. Christine Sirowatka

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