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Universität Basel

16. November 2021

Eine rostige Zukunft

Illustration eines Baums im Sonnenlicht, dessen Äste die Sonnenstrahlen einfangen und über Wurzeln aus Carbonsäuregruppen zum Boden leitet.
Die vielversprechenden neuen Solarzellen beruhen auf Eisenverbindungen als Sensibilisatoren. Sie sind über Carbonsäuregruppen an den Halbleiter gebunden, verzweigte Alkylketten optimieren zudem die Anordnung der Verbindungen auf der Oberfläche. (Abbildung: reproduziert mit Genehmigung der Royal Society of Chemistry)

Im Kampf gegen den Klimawandel spielt Solarenergie eine wichtige Rolle als Ersatz für fossile Brennstoffe. Farbstoffsolarzellen versprechen eine kostengünstige Ergänzung zur bisherigen Photovoltaik. Ihr Schlüsselmerkmal sind farbige Sensibilisatoren auf der Oberfläche. Forschende der Universität Basel haben die Leistung weiter verbessert, indem sie Sensibilisatoren mit dem häufig vorkommenden und umweltfreundlichen Metall Eisen verwendeten.

Sensibilisatoren sind stark gefärbte Verbindungen, die Licht absorbieren und die Energie in Elektrizität umwandeln, indem sie Elektronen abgeben und in den Halbleiter «impfen». Bislang sind die in Farbstoffsolarzellen eingesetzten Sensibilisatoren entweder relativ kurzlebig oder erfordern die Verwendung sehr seltener und teurer Metalle. Der heilige Gral der Photovoltaikforschung ist deshalb die Entwicklung von Sensibilisatoren mit dem Metall Eisen, das sowohl umweltfreundlich als auch das am häufigsten vorkommende Übergangsmetall auf unserem Planeten ist.

Viele Jahre lang hielten Fachleute Eisenverbindungen für diese Anwendungen für ungeeignet, weil die nach der Absorption des Lichts entstehenden angeregten Zustände zu kurzlebig sind, um sie zur Energiegewinnung zu nutzen. Dies änderte sich vor rund sieben Jahren mit der Entdeckung einer neuen Klasse von Eisenverbindungen mit sogenannten N-heterozyklischen Carbenen (NHC).

Die Forschungsgruppe von Prof. Dr. Edwin Constable und Prof. Dr. Catherine Housecroft vom Departement Chemie der Universität Basel arbeitet seit einigen Jahren mit diesen Verbindungen. Im Fachjournal «Dalton Transactions» berichtet nun das Team um Projektleiterin Dr. Mariia Becker über Ergebnisse zu einem Sensibilisator mit einer neuen Familie von NHCs.

Ein bisschen Essig und Fett

«Wir wussten, dass wir Materialien entwickeln mussten, die an der Oberfläche eines Halbleiters haften und die gleichzeitig durch ihre Beschaffenheit erlauben, die Anordnung der funktionalen lichtabsorbierenden Komponenten auf der Oberfläche zu optimieren», erklärt Becker.

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