Solarthemen+plus. Ein internationales Forscherteam hat den Wirkungsgrad für die direkte solare Wasserspaltung zur Wasserstoffgewinnung auf 19 Prozent gesteigert.
Die Wissenschaftler kombinierten dafür eine Tandem-Solarzelle aus III-V-Halbleitern mit Rhodium-Nanopartikeln und kristallinem Titandioxid. 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. Kombiniert man Solarzellen mit Katalysatoren und weiteren funktionalen Schichten zu einer „monolithischen Photoelektrode“ aus einem Block, so ist sie in der Lage, Wasser zu spalten: 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 ihre monolithische Photokathode haben die Forscher eine am Fraunhofer ISE entwickelte hocheffiziente Tandem-Solarzelle aus III-V-Halbleitern mit weiteren funktionalen Schichten kombiniert. Dabei gelang es ihnen, die Verluste durch Lichtreflexion und Absorption an der Oberfläche deutlich zu verringern. „Darin besteht auch die Innovation“, erläutert Prof. Hans-Joachim Lewerenz vom Caltech: „ 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“. Und Prof. Harry Atwater vom Caltech erklärt die Funktion der Rhodium-Nanoteilchen, 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.“ Grafik/Foto: TU Ilmenau
