Solarbranche.de

Branchenportal für die Solarenergie

Fotolia 36745099 1280 256

Neuer Weltrekord bei solarer Wasserstoff-Produktion

© ACS Energy Letters© ACS Energy LettersBerlin - In einem nachhaltigen Energiesystem wird Wasserstoff als Speichermedium eine zentrale Rolle spielen. Ein internationales Forscher-Team kann den Wirkungsgrad für die direkte solare Wasserspaltung zur Herstellung von Wasserstoff nun deutlich steigern.

Sonnenlicht steht weltweit reichlich zur Verfügung – allerdings nicht rund um die Uhr. Verschiedene Speicherlösungen kommen in Betracht, eine davon ist die Zwischenspeicherung des Sonnenlichts in Form von chemischer Energie, d.h. in Form von Wasserstoff (H2).

Wirkungsgrad für die solare Wasserstoff-Gewinnung steigt auf über 19 Prozent
An der Forschungsarbeit waren Teams aus dem California Institute of Technology, der University of Cambridge, der TU Ilmenau und dem Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE beteiligt. Ein Teil der Experimente fand am Institut für Solare Brennstoffe am Helmholtz-Zentrum Berlin statt. Für den neuen Wirkungsgrad-Weltrekord kombinierten die Forscher eine Tandem-Solarzelle aus III-V-Halbleitern mit Rhodium-Nanopartikeln und kristallinem Titandioxid. In einer früheren Zelle konnten die Forscher 2015 einen Wirkungsgrad von über 14 Prozent erreichen. Mit simulierter Sonneneinstrahlung erzielten die Wissenschaftler jetzt einen Wirkungsgrad von 19,3 Prozent (in verdünnterwässriger Perchlorsäure), in (neutralem) Wasser immerhin noch 18,5 Prozent.

Wirkungsgrad-Rekord: Neue Materialien und Verfahren ausschlaggebend
Kombiniert man Solarzellen mit Katalysatoren und weiteren funktionalen Schichten zu einer „monolithischen Photoelektrode“ aus einem Block, wird die H2-Produktion besonders einfach: dabei befindet sich die Photokathode im wässrigen Medium und wenn Licht auf sie fällt, bildet sich auf der Vorderseite Wasserstoff, auf der Rückseite Sauerstoff. Für die hier untersuchte monolithische Photokathode haben die Forscher eine am Fraunhofer ISE entwickelte hocheffiziente Tandem-Zelle aus III-V-Halbleitern mit weiteren funktionalen Schichten kombiniert.

Ein Grund für die Steigerung des Wirkungsgrades lag darin, die Verluste durch Lichtreflexion und Absorption an der Oberfläche durch die Verwendung einer kristallinen Titandioxid-Schicht zu verringern. Diese neue Schicht besitzt hervorragende Antireflexionseigenschaften. "Außerdem haben wir ein neues elektrochemisches Verfahren genutzt, um die Rhodium-Nanoteilchen herzustellen, die als Katalysatoren für die Wasserspaltung dienen. Sie messen nur 10 Nanometer im Durchmesser und sind damit optisch nahezu transparent, also ideal geeignet für ihre Aufgabe,“ erläutert Prof. Harry Atwater, Caltech (USA).

Ausblick: Tandemzellen mit Silizium
Im Rahmen der Grundlagenforschung an kleinen, hochpreisigen Systemen im Labor gibt es noch viel zu tun. Ein Problem ist beispielsweise die Korrosions-Stabilität des Systems, die nun von 40 auf knapp 100 Stunden gesteigert werden konnte. Aber die Forscher sind optimistisch: „Diese Arbeit zeigt, dass maßgeschneiderte Tandem-Zellen für die direkte solare Wasserspaltung das Potential haben, Wirkungsgrade jenseits von 20 Prozent zu erreichen. Ein Ansatz dafür ist die noch bessere Wahl der Bandlückenenergien der beiden Absorbermaterialien in der Tandem-Zelle. Und eines der beiden könnte dabei sogar Silizium sein“, erklärt Prof. Thomas Hannappel, TU Ilmenau. Teams am Fraunhofer ISE und der TU Ilmenau arbeiten daran, Zellen zu entwerfen, in denen III-V-Halbleiter mit dem preisgünstigem Silizium kombiniert werden, was die Kosten erheblich senken könnte.

© IWR, 2018


Weitere Meldungen zur Solarforschung
Tandem-Solarzelle mit Rekord-Wirkungsgrad zertifiziert
Forscher nähern sich theoretischem Solar-Wirkungsgrad
Forscherteam steigert PV-Modulleistung auf 318 Watt
juwi bringt 135 Megawatt Solarpark in Indien ans Netz
Solarenergie bei juwi AG
Forschungszentrum Jülich sucht Wissenschaftsjournalist (w/m)
Insolvenzrecht in der Versorgungswirtschaft
Soarforschungs-News
Tagesaktuelle Solarstrom-Erzeugung in Europa live

05.07.2018

 




Pressemappen - mit Original-Pressemitteilungen