{"id":26037,"date":"2015-05-19T02:41:05","date_gmt":"2015-05-19T00:41:05","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.innovations-report.de%2Fhtml%2Fberichte%2Fenergie-elektrotechnik%2Fkuenstliche-photosynthese-neue-photokathode-mit-viel-potential.html"},"modified":"2015-05-18T12:34:54","modified_gmt":"2015-05-18T10:34:54","slug":"kuenstliche-photosynthese-neue-photokathode-mit-viel-potential","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/kuenstliche-photosynthese-neue-photokathode-mit-viel-potential\/","title":{"rendered":"K\u00fcnstliche Photosynthese: Neue Photokathode mit viel Potential"},"content":{"rendered":"
\"Dieser
Dieser kurze Filmclip<\/a> zeigt die Herstellung der Photokathode mit dem ILGAR-Verfahren.<\/figcaption><\/figure>\n

Damit kann Solarenergie chemisch gespeichert werden. Die Photokathode besteht aus einer Chalkopyrit-D\u00fcnnschicht vom PVComB, die mit einem neu entwickelten d\u00fcnnen Film aus Titandioxid beschichtet ist, in den Platin-Nanoteilchen eingebettet sind. Diese Schicht sch\u00fctzt die Chalkopyrit-D\u00fcnnschicht nicht nur vor Korrosion, sondern beschleunigt au\u00dferdem als Katalysator die Wasserstoffbildung und weist selbst hohe Photostromdichte und Photospannung auf.<\/strong><\/p>\n

Manche kennen die elektrolytische Aufspaltung von Wasser vielleicht noch aus der Schule: H\u00e4lt man zwei Elektroden ins Wasser und legt eine ausreichende Spannung an, dann bilden sich Gasbl\u00e4schen aus Wasserstoff und Sauerstoff. Wird diese Spannung nun durch Sonnenlicht in einer Solarzelle erzeugt, dann k\u00f6nnte man die fl\u00fcchtige Solarenergie speichern, und zwar durch die Erzeugung von Wasserstoffgas. Denn Wasserstoff ist ein \u201echemischer Energiespeicher\u201c und vielseitig verwendbar. Weltweit arbeiten Forschungsgruppen daher mit Hochdruck daran, kompakte, robuste und preiswerte Systeme zu entwickeln, die dieses Kunstst\u00fcck beherrschen. Doch das ist nicht einfach: Denn die Wasserstofferzeugung funktioniert am besten in saurer Umgebung, in der Solarzellen rasch korrodieren. Und Elektroden, die die Reaktion beschleunigen, bestehen bislang aus extrem teuren Elementen wie Platin oder Platin-Iridium-Verbindungen.<\/p>\n

Neue Photokathode l\u00f6st mehrere Probleme<\/h3>\n
\"Die
Die Rasterelektronenmikroskopie (links) zeigt einen Querschnitt durch die Komposit-Photokathode. Eine TEM-Analyse (rechts) macht die Platin-Nanopartikel im TiO2<\/sub>-Film sichtbar. Bild: HZB<\/figcaption><\/figure>\n

Nun hat ein Team aus dem HZB-Institut f\u00fcr Solare Brennstoffe im Rahmen des BMBF-Cluster Projektes \u201eLight2Hydrogen\u201c sowie im laufenden DFG-Schwerpunktprogramm \u201eSolar H2<\/sub>\u201c eine neuartige Photoelektrode entwickelt, die diese Probleme l\u00f6st: Sie besteht aus dem Solarzell-Material Chalkopyrit, das mit einem d\u00fcnnen, transparenten und leitf\u00e4higen Film aus Titandioxid (TiO2<\/sub>) beschichtet ist. Die Besonderheit: der TiO2<\/sub>-Film ist polykristallin und enth\u00e4lt einen kleinen Anteil an Nanopartikeln aus Platin. Dadurch entfaltet dieses neue Komposit besondere Talente: Es erzeugt erstens bei Lichteinfall eine erhebliche sogenannte Photospannung von fast 0,5 Volt, zweitens hohe Photostromdichten von bis zu 38 mAcm-2<\/sup>, beschleunigt drittens als Katalysator die Wasserstoffbildung und ist viertens vor Korrosion gesch\u00fctzt. Da TiO2<\/sub> transparent ist, erreicht ein gro\u00dfes Teil des Lichtes das photoaktive Chalkopyrit, was zu den hohen Photostromdichten und damit auch Photospannungen, vergleichbar mit einer konventionellen D\u00fcnnschicht-Solarzelle, f\u00fchrt.<\/p>\n

Raffinierte Beschichtung ausget\u00fcftelt<\/h3>\n

Das Rezept f\u00fcr diese raffinierte Beschichtung hat Anahita Azarpira w\u00e4hrend ihrer laufenden Promotion im Team um Privatdozent Dr. Thomas Schedel-Niedrig ausget\u00fcftelt. Sie nutzt ein chemisches Verdampfungsdeposition-Verfahren (Spray-ILGAR), das am HZB-Institut f\u00fcr Heterogene Materialsysteme entwickelt und patentiert wurde. Dabei werden chemische Vorprodukte von Titandioxid und Platin in Ethanol gel\u00f6st und mit Ultraschall vernebelt. Das so entstehende\u00a0 Aerosol, wird mit Hilfe eines Stickstoffgasstroms \u00fcber das geheizte Substrat geleitet, so dass mit der Zeit eine\u00a0 feste, polykristalline Schicht auf dem Chalkopyrit w\u00e4chst, in die winzige Platinpartikel eingebaut sind.<\/p>\n

Mehr als 80 % des Sonnenlichts werden genutzt<\/h3>\n

Azarpira und ihre Kollegen variierten dabei den Platinanteil und untersuchten die Eigenschaften der so entstandenen Komposit-Schicht. Bei einem Volumenanteil von etwa 5% Platin (H2<\/sub>PtCl6<\/sub>) in der Precursorl\u00f6sung erwiesen sich die Eigenschaften als optimal: \u201eMehr als 80 % des einfallenden Sonnenlichts im sichtbaren Spektrum werden in diesem Komposit-System in Photostrom umgewandelt und steht damit zur Wasserstofferzeugung zur Verf\u00fcgung\u201c, sagt Schedel-Niedrig. Das bedeutet, dass kaum Licht verloren geht und die Lichtausbeute sehr gro\u00df ist. Hinzu kommt die in der Ver\u00f6ffentlichung beschriebene, hohe Langzeitstabilit\u00e4t von \u00fcber 25 Stunden und die gro\u00dfe photoelektrokatalytische Aktivit\u00e4t von ca. 690 erzeugten Wasserstoffmolek\u00fclen pro Sekunde und pro aktivem Zentrum auf der Katalysatoroberfl\u00e4che unter Beleuchtung.<\/p>\n

Demonstrator-Ger\u00e4t angefertigt<\/h3>\n

Dennoch gibt es noch viel zu tun. Denn zurzeit kommt ein Gro\u00dfteil der ben\u00f6tigten\u00a0 Spannung von insgesamt ca. 1.8 Volt zwischen der Komposit-Photokathode und der Platin-Gegenelektrode noch aus einer Batterie, der Wirkungsgrad muss also noch verbessert werden. \u201eWir konnten jedoch mit dieser Arbeit bereits zeigen, dass solche robusten Systeme das Potenzial haben, in Zukunft autark Solarenergie chemisch zu speichern und haben bereits ein Demonstrator-Ger\u00e4t zur solaren Wasserstoffentwicklung zusammen mit einer Schweriner Firma im Rahmen des \u201eLight2Hydrogen\u201c-Projektes realisieren k\u00f6nnen\u201c, so Schedel-Niedrig.<\/p>\n

Publikation:<\/strong> Azarpira, A., Lublow, M., Steigert, A., Bogdanoff, P., Greiner, D., Kaufmann, C. A., Kr\u00fcger, M., Gernert, U., van de Krol, R., Fischer, A. and Schedel-Niedrig, T. (2015), Efficient and Stable TiO2:Pt\u2013Cu(In,Ga)Se2 Composite Photoelectrodes for Visible Light Driven Hydrogen Evolution.<\/a> Adv. Energy Mater.<\/p>\n

doi: 10.1002\/aenm.201402148<\/strong><\/p>\n

PS: In einem kurzen Filmclip wird die Herstellung der Komposit-Photokathode anschaulich demonstriert. Sie k\u00f6nnen diesen Clip<\/a> im HZB-Youtube-Kanal ansehen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Ein Team des HZB-Instituts für Solare Brennstoffe hat eine neue Komposit-Photokathode entwickelt, um…<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[],"supplier":[187,5616],"class_list":["post-26037","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","supplier-bundesministerium-fuer-bildung-und-forschung-bmbf","supplier-helmholtz-zentrum-berlin-hzb"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/26037","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=26037"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/26037\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=26037"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=26037"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=26037"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=26037"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}