Photovoltaik boomt und wird als eine wichtige Energiequelle für die Zukunft betrachtet. Allerdings ist die Sonneneinstrahlung naturgemäß eher schwankend, was dazu führt, dass auch die Produktion von Solarstrom nicht gerade eine verlässliche Sache ist. Die hohen Fluktuationen belasten und fordern die Stromnetze, und das Problem wird in Zukunft nur noch schlimmer werden. Kein Wunder also, dass weltweit nach Lösungen gesucht wird. Eine solche Lösung wären etwa smarte Stromnetze. Eine andere Alternative sind Energiespeicher. Die Produktion von Wasserstoff mittels solarer Wasserspaltung ist dabei ein vielversprechender Ansatz. Forscher aus den den USA haben nun einen neuen Weltrekord bei der Effizienz solarer Wasserstoffproduktion aufgestellt.


Kalte Sonne
Foto: Cold Sun, Mark Vegas, Flickr, CC BY-SA 2.0

Wasserstoff als Energiespeicher

Bei der solaren Wasserstoffspaltung wird Wasser mittels Sonnenenergie chemisch in Wasser- und Sauerstoff gespaltet. Der Wasserstoff kann dann recht einfach gespeichert und jederzeit in Brennstoffzellen als Energiequelle eingesetzt werden. Um die Solarenergie für die Wasserspaltung nutzen zu können, werden Solarzellen mit speziellen Katalysatoren kombiniert. Die Photokathode befindet sich dann im wässrigen Medium und bildet unter Lichteinfall auf der Vorderseite Wasserstoff und auf der Rückseite Sauerstoff.

Der Wirkungsgrad der direkten solaren Wasserspaltung war bisher aber eher gering – sie fluktuierte zwischen 12 und 14 Prozent. Schuld daran sind der Verlust von Strahlungsenergie durch Reflexion sowie die noch nicht ausgereifte Technik der Photokatalysatoren.


Wirkungsgrade von 20 Prozent oder mehr?

Hans-Joachim Lewerenz vom California Institute of Technology gelang es nun mit seinem Team, den bisherigen Effizienzrekord bei der solaren Wasserspaltung in den Schatten zu stellen. Mit Hilfe einer am Fraunhofer ISE entwickelten Tandem-Solarzelle aus III-V-Halbleitern konnten sie die Verluste durch Reflexion und Absorption an der Oberfläche der Zellen deutlich verringern. Dazu kombinierten sie die Bauteile mit weiteren funktionalen Schichten.

Darin besteht auch die Innovation“, erläutert Lewerenz: „Wir haben die Antikorrosionsschicht durch eine kristalline Titandioxid-Schicht ersetzt, die nicht nur hervorragende Antireflexionseigenschaften besitzt, sondern an der auch die Katalysator-Teilchen haften bleiben„, so Lewerenz.

Außerdem kommen Katalysatoren aus Rhodium-Nanoteilchen zum Einsatz, die mit rund zehn Nanometern extrem klein sind. Die Katalysatoren sind optisch nahezu transparent und daher hervorragend für die Wasserspaltung geeignet..

In ersten Test mit simulierter Sonneneinstrahlung zeigte sich, dass das System das Potential hat, Wirkungsgrade von 20 Prozent oder mehr zu erreichen. Bisher schafften die Forscher es, einen Wirkungsgrad von 19 Prozent zu realisieren. Es handelt sich bei den Systemen jedoch um recht kleine Prototypen, die in der Herstellung sehr teuer sind. Momentan arbeiten die Forscher daran, die III-V-Halbleiter mit preisgünstigem Silizium zu kombinieren, um die Kosten zu senken.

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1 Kommentar

  1. Jin

    8. Juli 2018 at 09:11

    20%? uuuUUUuuuhhh! Wenn ich den Strom in Batterien speicher bin ich bei 90%… Wasserstoff ist sowas von Energieverschwendung, zumal die Aufbewahrung und Transport des selben mit weiteren Verlusten behaftet sind.

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