Europäischer Erfinderpreis 2021

Grätzel-Zellen-Startup erhält Auszeichnung

21. Juni 2021, 16:12 Uhr   |  Heinz Arnold

Grätzel-Zellen-Startup erhält Auszeichnung
© Exeger

Henrik Lindström und Giovanni Fili haben den Europäischen Erfinderpreis 2021 erhalten, weil sie die Grätzel-Zellen marktreif gemacht haben. Jetzt können sich IoT-Geräte autonom über Energy Harvesting mit Strom versorgen.

Flexible Farbstoffsolarzelle mit extrem hoher Stromeffizienz individuell gedruckt: Dafür haben Henrik Lindström und Giovanni Fili den Europäischen Erfinderpreis 2021 erhalten.

Denn jetzt lassen sich Solarzellen in fast jeder Textur, Form oder Farbe individuell gedruckt und in eine Vielzahl von elektronischen Geräten integrieren.

»Henrik Lindström und Giovanni Fili haben mit ihren flexiblen Solarzellen die Entwicklung von selbstaufladenden elektronischen Geräten der nächsten Generation vorangetrieben«, sagt António Campinos, Präsident des Europäischen Patentamts (EPA), das den Europäischen Erfinderpreis in verschiedenen Kategorien vergibt. »Auf Grundlage einer soliden Patentstrategie haben sie eine bahnbrechende Solarzellentechnologie auf den Weg gebracht, die das Potenzial hat, die Art und Weise, wie wir Elektronik nutzen, zu verändern und eine wichtige Rolle bei der Reduzierung von Kohlenstoffemissionen zu spielen.«

Der Europäische Erfinderpreis wurde dieses Jahr im Rahmen einer digitalen Veranstaltung verliehen und war damit zum ersten Mal für die breite Öffentlichkeit zugänglich, die sich aus der ganzen Welt zuschaltete. Der Preis ist einer der renommiertesten Innovationspreise Europas und wird jährlich vom EPA verliehen, um herausragende Erfinder aus Europa und der ganzen Welt auszuzeichnen, die einen außergewöhnlichen Beitrag für die Gesellschaft, zu technologischem Fortschritt und Wirtschaftswachstum geleistet haben. Die Finalisten und Gewinner in fünf Kategorien (Industrie, Forschung, KMU, Nicht-EPO-Staaten und Lebenswerk) wurden von einer unabhängigen internationalen Jury ausgewählt.

Den Alltag mit Solarenergie betreiben

Der Wissenschaftler Henrik Lindström und der Unternehmer Giovanni Fili verknüpften ihre komplementären Fähigkeiten und Kenntnisse, um Pionierarbeit bei der Herstellung einer innovativen Solarzellentechnologie zu leisten und ihre Erfindung erfolgreich zu vermarkten.

2008 gründete Fili die Firma Exeger mit dem Ziel, die elektrochemischen Farbstoffsolarzellen (Dye Sensitized Solar Cell, kurz DSSC) auf den Markt zu bringen, die damals noch nicht kommerziell nutzbar waren. Dabei handelte es sich um dieselbe Technologie, die Lindström 1994 während seiner Promotion an der Universität Uppsala erfolgreich verbessert hatte. Der Wissenschaftler war von Filis Vision überzeugt und wurde 2009 Chief Technology Officer des Start-ups.

Die ersten Kunden hat Exerger bereits gefunden: Der Fahrradhelm »Omne Eternal« des Herstellers POC ist der erste energieautarke Fahrradhelm mit integriertem Rücklicht, das immer brennt, sobald der Fahrer den Helm aufsetzt. Der Helm muss nie geladen werden, weil seine Oberfläche aus der PV-Folie von Exeger besteht, die ständig Licht in Strom wandelt. Der Audio-Spezialist Urbanista bringt auf Basis von »Powerfoyle« den ersten kabellosen, autonom arbeitenden Kopfhörer mit Geräuschunterdrückung auf den Markt. Zu den investoren von Exeger gehört auch der 100-Mrd.-Dollar Vision Fund von Softbank.

Prof. Michael Grätzel: »Die DSSC-Zellen haben die Reife erreicht, die den Markteintritt in hohen Stückzahlen als sicher erscheinen lässt.«
© Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

Prof. Michael Grätzel: »Die DSSC-Zellen haben die Reife erreicht, die den Markteintritt in hohen Stückzahlen als sicher erscheinen lässt.«

Die Erfindung der DSSCs geht auf Prof. Michael Grätzel zurück, der heute an der Ecole Polytechnique Federale de Lausanne forscht und als Kandidat für den Nobelpreis gehandelt wird. Ihm zu Ehren werden die DSSCs häufig auch einfach als Grätzel-Zellen bezeichnet. »Die Milliarden vernetzten Dinge können jetzt autark arbeiten, weil sie die Energie aus dem Umgebungslicht sehr effektiv ernten können. Das wird den IoT-Anwendungen noch einmal einen neuen Schub geben, Ricoh beispielsweise zielt auf diesen Markt ab. Das gleiche gilt für vernetzte Consumer-Geräte, wie Exeger gezeigt hat«, erklärte Prof. Michael Grätzel kürzlich in einem Interview mit Markt&Technik. »Die Zellen haben die Reife erreicht, die den Markteintritt in hohen Stückzahlen als sicher erscheinen lässt.«

DSSC-Solarzellen verfügen über eine transparente Substratplatte, die mit einem leitfähigen Oxidmaterial (Indiumzinnoxid) beschichtet ist. Die Kosten für diese schränken ihre kommerzielle Nutzung bisher allerdings ein. Lindström und Fili schafften einen Durchbruch, als es ihnen gelang, diese teuren und wenig wirksamen Materialien durch ein neues Elektrodenmaterial zu ersetzen, das eine 1.000-fach bessere Leitfähigkeit bietet.

Eine Besonderheit ihrer Innovation ist, dass sich die Elektrode direkt hinter der lichtabsorbierenden Schicht befindet. Dadurch erreicht mehr Licht die Zelle, und es wird eine größere Menge elektrischen Stroms erzeugt. Außerdem entschieden sie sich für den Siebdruck als Herstellungsverfahren, was neue Möglichkeiten der Designintegration eröffnet.

»Die Farbstoffsolarzelle ist dünn, flexibel und effizient. Geräte, die damit versehen werden, erzeugen ihre eigene Elektrizität, wie bei der Fotosynthese«, sagt Lindström. Fili ergänzt: »Wir werden nie wieder unsere Kopfhörer, E-Reader oder andere Geräte aufladen müssen, weil sie sich selbst durch das Umgebungslicht aufladen, sogar in Innenräumen. Wirklich drahtlos könnten sich Produkte eben erst dann nennen, wenn sie sich selbst mit Energie versorgen, anstatt ständig an der Steckdose an der Steckdose wieder aufgeladen werden zu müssen.«

Die Grätzel-Zellen von Exeger, die das Unternehmen unter dem Namen Powerfoyle vermarktet, werden wie oben beschrieben zunächst in Fahrradhelme integriert, die selbstaufladende Lichter verwenden. Aktuell wird an mehreren möglichen Anwendungen gearbeitet. Dazu gehört die Stromversorgung von Smartphones und die Installation auf Oberflächen wie Fassaden, Dächern und Fenstern. Das Unternehmen beschäftigt derzeit 140 Mitarbeiter in seiner Fabrik in Stockholm und plant, noch in diesem Jahr mit dem Bau eines zweiten Werks mit zehnfacher Kapazität zu beginnen, um die Erschließung vieler weiterer Märkte zu ermöglichen.

Henrik Lindström und Giovanni Fili sind in sechs bzw. fünf europäischen Patenten genannt, darunter das für die Nominierung für den Europäischen Erfinderpreis relevante und 2018 erteilte Patent EP2625703.

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