Blitz-Erhitzung löst Dilemma: Photoelektroden für solaren Wasserstoff werden besser

Berlin - Mit Sonnenlicht kann Wasser direkt in Sauerstoff und grünen Wasserstoff aufgespalten werden, eine attraktive Option, um Sonnenenergie zu speichern.

Damit das gelingt, werden Photoelektroden gebraucht. Es gibt dafür kostengünstige Metalloxid-Dünnschichten mit hoher elektronischer Qualität, doch die Herstellung ist nicht so einfach.

Insbesondere lässt sich die Qualität der Metalloxid-Dünnschichten nur durch eine thermische Behandlung bei sehr hohen Temperaturen verbessern, um z.B. Defekte zu reduzieren. Das Problem dabei ist, dass mit der notwendigen Ofenhitze (850 bis 1.000 Grad Celsius) das darunterliegende leitfähige Glassubstrat schmilzt (schon bei 550 Grad Celsius).

Ein Team am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), Institut für Solare Brennstoffe, hat dieses Dilemma nun gelöst. Mit einem hochintensiven Lichtpuls heizt die halbleitende Metalloxid-Dünnschicht blitzschnell direkt auf, ohne das darunter liegende Substrat zu beschädigen. "Die Hitze reduziert effizient strukturelle Defekte, Fallenzustände, Korngrenzen und Phasenverunreinigungen", sagt Dr. Rones Gottesman vom HZB-Institut.

Die neue Methode konnte auch bei der Herstellung von Photoelektrodenmaterial erfolgreich eingesetzt werden. Als sehr guter Kandidat gilt ?-SnWO4. Die herkömmliche thermische Behandlung im Ofen hinterlässt Phasenverunreinigungen. Das Erhitzen mit dem Rapid Thermal Processing (RTP) verbesserte die Kristallinität, die elektronischen Eigenschaften und führte zu einer neuen Rekordleistung von 1 mA/cm2 für dieses Material, das bedeutet 25 Prozent über dem bisherigen Rekord.

Das Verfahren ist für weitere temperaturempfindliche Einsatzmöglichkeiten interessant, u.a. für die Herstellung von Quantenpunkten oder Halogenidperowskiten, so Gottesman.