Zusammenfassung
An cis-Ru(2,2'-Bipyridyl-4,4'-Dicarboxylato acid)2(NCS)2-sensibilisierten Farbstoffsolarzellen auf TiO2-Basis wurden Langzeitbelichtungen vorgenommen, um das Degradationsverhalten der Zellen zu untersuchen. Dabei wurden 5 verschiedene Arten von Degradationen beobachtet.
Die photoinduzierte Degradation, also der Rückgang des Wirkungsgrades der Solarzelle als unmittelbare
Folge der Belichtung, ist mit einer chemischen Reaktion des Farbstoffmoleküls verbunden. Sie hängt stark von
den Herstellungsbedingungen ab. Das Ausmaß variierte von mehr als 30 % nach nur 9 Tagen, bis hin zu
12,7 % nach 175 Tagen kontinuierlicher Belichtung mit 100 mW/cm2. Auch innerhalb
derselben Zelle waren Differenzen von bis zu 32 % zu beobachten, was zeigt, daß es lokale
Unterschiede in der TiO2-Schicht gibt. Oberflächenzustände könnten hier von entscheidender Bedeutung sein.
Am Beginn der Belichtung verlief die Degradation sehr schnell, ließ dann aber mit zunehmender Dauer immer
mehr nach. Es ließ sich jedoch keine Reaktion erster oder zweiter Ordnung beobachten, was verdeutlicht, daß
es sich um einen komplexen Reaktionsmechanismus handelt. Die photoinduzierte Degradation erfolgte nur
bei intaktem Stromfluß. Ist dieser unterbrochen, kann der Farbstoff kein Elektron injizieren und durchläuft
demnach den oxidierten Zustand nicht. Dies zeigt, daß die Degradation nur aus dem oxidierten Zustand heraus
erfolgt. Bei in situ-FTIR-Untersuchungen am Elektrolyten konnten keine Degradationsprodukte des
Farbstoffes gefunden werden, was bedeutet, daß diese an der TiO2-Oberfläche adsorbiert bleiben müssen.
Die photoinduzierte Degradation wurde von einer sekundären Degradation begleitet, die sich
durch einen Rückgang des Photostroms in belichteten und unbelichteten Bereichen gleichermaßen bemerkbar
machte. Teilweise war sie sehr ausgeprägt, während sie bei anderen Zellen gar nicht in Erscheinung trat. Sie
läßt sich sowohl durch einen Rückgang der Injektionsrate, als auch durch einen Anstieg der
Rekombinationsverluste erklären.
Auch bei einer Lagerung im Dunkeln zeigten die Zellen eine starke Degradation. Der Photostrom ging
dabei um bis zu 66 % innerhalb von 2,5 Monaten zurück. Obwohl diese Art der Degradation nicht näher
untersucht wurde, ist ein Zusammenhang mit den Abläufen bei der sekundären Degradation
wahrscheinlich, da auch dort keine Lichteinwirkung notwendig war.
Darüberhinaus wurde eine Degradation des Elektrolytsystems beobachtet. Dieses war direkt nach der
Präparation der Zellen tiefgelb, entfärbte sich dann im Laufe der Belichtung mehr und mehr, bis es
schließlich farblos wurde. Ursache hierfür ist das sukzessive Verschwinden von I2.
Die Verklebung der Zellen mit Surlyn war bei langer Belichtung teilweise instabil. Die Klebefolie wurde vom
Elektrolyten unterwandert, wodurch sich in der Zelle Luftblasen bildeten.
Insgesamt gesehen hat keine der untersuchten Zellen eine Stabilität gezeigt, die einen Betrieb über 20 Jahre
erlauben würde. Die maximal erreichte Lebensdauer lag näherungsweise bei 2 Jahren und 5 Monaten unter realen
Nutzungsbedingungen. Die photoinduzierte Degradation lag in diesem Zeitraum bei 12,7 %. | 
