Abb. 2) Elektronen geben ihre Energie in Form von Wärme ab und erreichen wieder den Grundzustand, falls nicht der Weg in ein Akzeptor-System angeboten wird
Mausefalle
Diese unerwünschte Umwandlung in Wärme-Energie kann nur mit dem Einbau geeigneter Akzeptorsysteme („Mausefallen“) unterbrochen und so die Energie abgefangen werden.
Als Akzeptorsystem fungiert in der Grätzel-Zelle eine Titandioxid-Schicht. Sie ist aufgetragen auf einer Glasplatte mit dünnem leitfähigem Belag (blauer Balken). Die Farbstoffmoleküle sind an der Titandioxid-Schicht fixiert. Bei der Anregung durch ein Photon geeigneter Energie (Frequenz, oder Wellenlänge), wird das energiereiche Elektron ausgesprochen rasch an die TiO2-Schicht übertragen (man spricht von Injektion).
Abb. 3) Auf einer Glasplatte mit leitendem Belag (blauer Balken) ist eine Titandioxidschicht aufgetragen (ovale Körner). Die TiO2 ‑ Nanopartikel (Durchmesser 20 bis 40 nm) sind durch das Sintern verbrückt. Das Farbstoffmolekül ist über Sauerstoffatome mit Ti-Atomen kovalent oder als Ligand gebunden. Die Anregung durch das Photon bewirkt eine Ladungstrennung. Das Farbstoffmolekül injiziert das Elektron (blauer Punkt) auf das TiO2.
Das Zurückspringen in den Grundzustand des Farbstoffmoleküls ist für dieses Elektron nicht mehr möglich („Mausefalle“). Der Halbleiter TiO2 verschiebt das eingefangene Elektron relativ langsam zum leitenden Belag. Die Arbeitselektrode (Anode) erhält so ein negativeres Potenzial.
Abb. 4) Das Elektron hat die Anode erreicht und deren Potenzial negativer gemacht. Die Anode ist nach aussen hin die reduzierende Grenzfläche, weil dafür im inneren der Zelle die Farbstoffmoleküle oxdiert wurden.
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