{"id":29791,"date":"2015-10-29T07:04:08","date_gmt":"2015-10-29T06:04:08","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=29791"},"modified":"2021-09-09T21:43:14","modified_gmt":"2021-09-09T19:43:14","slug":"kuenstliche-photosynthese-neuer-wirkungsgrad-rekord-fuer-die-wasserstoff-herstellung-mit-solarzellen-aus-silizium","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/kuenstliche-photosynthese-neuer-wirkungsgrad-rekord-fuer-die-wasserstoff-herstellung-mit-solarzellen-aus-silizium\/","title":{"rendered":"K\u00fcnstliche Photosynthese: Neuer Wirkungsgrad-Rekord f\u00fcr die Wasserstoff-Herstellung mit Solarzellen aus Silizium"},"content":{"rendered":"
\"Wasserstoffentwicklung
Wasserstoffentwicklung an der Photokathode mit Silizium-D\u00fcnnschichtsolarzelle (rechts), an der Metallelektrode (links) bildet sich Sauerstoff.
Copyright: Forschungszentrum J\u00fclich<\/figcaption><\/figure>\n

J\u00fclich, 27. Oktober 2015 – Wasserstoff k\u00f6nnte in Zukunft Erd\u00f6l und Erdgas ersetzen. Eine der Schl\u00fcsselfragen ist jedoch, woher dieser umweltfreundliche Energietr\u00e4ger einmal kommen soll. J\u00fclicher Forscher haben daf\u00fcr nun eine Mehrfachsolarzelle aus Silizium entwickelt, die sich vergleichsweise kosteng\u00fcnstig produzieren l\u00e4sst und Wasserstoff nach dem Prinzip der \u201ek\u00fcnstlichen Photosynthese\u201c direkt mit Sonnenlicht erzeugt. Mit einem Gesamtwirkungsgrad von 9,5 Prozent konnten die J\u00fclicher Wissenschaftler die Effizienz entsprechender Module auf Silizium-Basis deutlich steigern, der bisherige Rekordwert lag bei 7,8 Prozent. Die Ergebnisse wurden k\u00fcrzlich in \u201eEnergy & Environmental Science\u201c ver\u00f6ffentlicht.<\/strong><\/p>\n

Die Energie des Sonnenlichts ist enorm. Die auf der Erdoberfl\u00e4che eintreffende Strahlung reicht aus, um den weltweiten Energiebedarf gleich um ein Vielfaches zu decken. Doch das Sonnenlicht ist nicht zu jeder Zeit verf\u00fcgbar. Solarmodule, die Wasserstoff statt Strom erzeugen, sind daher eine interessante Alternative. Denn der Wasserstoff l\u00e4sst sich deutlich besser als elektrischer Strom speichern. Entsprechende Solarmodule funktionieren \u00e4hnlich wie ein k\u00fcnstliches Blatt: Sie wandeln Sonnenenergie in chemische Energie um, indem sie Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufspalten. Bei der sp\u00e4teren Energiebereitstellung mit Wasserstoff f\u00e4llt nur Wasser und kein klimasch\u00e4dliches Kohlendioxid an. F\u00fcr den wirtschaftlichen Betrieb m\u00fcssen die Kosten und der Wirkungsgrad der solaren Wasserstofferzeugung jedoch noch weiter verbessert werden.<\/p>\n

\"F\u00e9lix
F\u00e9lix Urbain vor Cluster-Depositionsanlage zur Herstellung von Silizium-D\u00fcnnschichtsolarzellen
Copyright: Forschungszentrum J\u00fclich<\/figcaption><\/figure>\n

Die J\u00fclicher Silizium-Mehrfachstapelsolarzelle ist speziell auf diese photoelektrochemische Wasserspaltung zugeschnitten. \u201eDie besondere Schwierigkeit besteht darin, eine ausreichend hohe Photospannung zu erzeugen. In der Praxis sind etwa 1,6 Volt notwendig, um die Wasserspaltungsreaktion voranzutreiben. Mit g\u00e4ngigen kristallinen Siliziumsolarzellen, deren Photospannung deutlich unter einem Volt liegt, ist das nicht zu schaffen\u201c, erkl\u00e4rt Dr. Jan-Philipp Becker vom J\u00fclicher Institut f\u00fcr Energie- und Klimaforschung (IEK-5).<\/p>\n

Die Solarmodule bestehen dagegen aus drei oder vier \u00fcbereinander gestapelten Zellen, die ihrerseits aus mehreren Schichten aufgebaut sind. \u201eDurch den mehrlagigen Aufbau l\u00e4sst sich das Sonnenlicht-Spektrum, das \u00fcber verschiedene Wellenl\u00e4ngen reicht, effizienter einfangen\u201c, erl\u00e4utert F\u00e9lix Urbain. \u201eGleichzeitig erh\u00f6ht sich die Spannung auf bis zu 2,8 Volt und bietet damit sogar noch ausreichend Spielraum, um statt teurer Platinkatalysatoren auch weniger edle Metalle wie Nickel als Katalysator einzusetzen\u201c, so der J\u00fclicher Doktorand, der die Module im Rahmen eines von der TU Darmstadt koordinierten DFG-Schwerpunktprogramms SolarH2 entworfen und hergestellt hat.<\/p>\n

Silizium-D\u00fcnnschichtsolarzellen werden nicht wie kristalline Zellen aus einem Silizium-Wafer gefertigt. Die Schichten werden vielmehr im Vakuum mittels verschiedener Techniken auf ein Glas- oder Kunststoffsubstrat abgeschieden. \u201eDie D\u00fcnnschichttechnologie bietet den Vorteil, dass sie mit deutlich weniger Material auskommt als die klassische Wafertechnologie, und sich die Halbleitermaterialien vergleichsweise kosteng\u00fcnstig gro\u00dffl\u00e4chig aufbringen lassen.\u201c, erkl\u00e4rt Dr. Friedhelm Finger, Leiter der Abteilung “Materialien und Solarzellen” am IEK-5. \u201eBei der Wasserstoffgewinnung zahlt sich dabei die h\u00f6here Spannung der D\u00fcnnschichtsolarzelle aus.\u201c<\/p>\n

\"Schema
Schema Stapelsolarzelle zur Wasserspaltung: An der Grenzfl\u00e4che zwischen der mit einem Katalysator beschichteten Photokathode und einem w\u00e4ssrigen Elektrolyten wird durch Umwandlung des Sonnenlichts Wasserstoff erzeugt.
Copyright: Forschungszentrum J\u00fclich<\/figcaption><\/figure>\n

Doch bislang erreichten Silizium-D\u00fcnnschichtsolarzellen, die ohne spezielle Hochleistungs-Halbleitermaterialien auskommen, welche sich wiederum nur vergleichsweise kostenaufwendig prozessieren lassen, bei der Wasserstoffgewinnung nur einen Wirkungsgrad von 7,8 Prozent – ein Wert, den der neue Rekord von 9,5 Prozent nun deutlich \u00fcbersteigt. \u201eUnsere Tests zeigen, dass sich Silizium-D\u00fcnnschichtsolarmodule effizient zur Erzeugung von Wasserstoff einsetzen lassen. Gesamtwirkungsgrade von \u00fcber 10 Prozent erscheinen durchaus machbar\u201c, sch\u00e4tzt Prof. Uwe Rau, Leiter des Instituts f\u00fcr Energie- und Klimaforschung (IEK-5). Der n\u00e4chste Schritt sei nun die Skalierung der Solarzellen auf gr\u00f6\u00dfere Fl\u00e4chen.<\/p>\n

Originalpublikation:<\/h3>\n

Multijunction Si photocathodes with tunable photovoltages from 2.0 V to 2.8 V for light induced water splitting. F\u00e9lix Urbain, Vladimir Smirnov, Jan-Philipp Becker, Andreas Lambertz, Florent Yang, J\u00fcrgen Ziegler, Bernhard Kaiser, Wolfram Jaegermann, Uwe Rau, Friedhelm Finger Energy Environ. Sci., 2015 (first published online 05 Oct 2015), DOI: 10.1039\/C5EE02393A<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

J\u00fclich, 27. Oktober 2015 – Wasserstoff k\u00f6nnte in Zukunft Erd\u00f6l und Erdgas ersetzen. Eine der Schl\u00fcsselfragen ist jedoch, woher dieser umweltfreundliche Energietr\u00e4ger einmal kommen soll. J\u00fclicher Forscher haben daf\u00fcr nun eine Mehrfachsolarzelle aus Silizium entwickelt, die sich vergleichsweise kosteng\u00fcnstig produzieren l\u00e4sst und Wasserstoff nach dem Prinzip der \u201ek\u00fcnstlichen Photosynthese\u201c direkt mit Sonnenlicht erzeugt. Mit einem […]<\/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":[5572,5571],"tags":[10630],"supplier":[535,1206],"class_list":["post-29791","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","category-co2-based","tag-hydrogen","supplier-forschungszentrum-juelich","supplier-technische-universitaet-darmstadt-tu"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/29791","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=29791"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/29791\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=29791"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=29791"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=29791"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=29791"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}