{"id":33812,"date":"2016-03-30T07:35:53","date_gmt":"2016-03-30T05:35:53","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.innovations-report.de%2Fhtml%2Fberichte%2Fenergie-elektrotechnik%2Fsolare-brennstoffe-raffinierte-schutzschicht-fuer-das-kuenstliche-blatt.html"},"modified":"2021-09-09T21:41:40","modified_gmt":"2021-09-09T19:41:40","slug":"solare-brennstoffe-raffinierte-schutzschicht-fuer-das-kuenstliche-blatt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/solare-brennstoffe-raffinierte-schutzschicht-fuer-das-kuenstliche-blatt\/","title":{"rendered":"Solare Brennstoffe: Raffinierte Schutzschicht f\u00fcr das \u201eK\u00fcnstliche Blatt\u201d"},"content":{"rendered":"

Ein Team am HZB-Institut f\u00fcr Solare Brennstoffe hat ein Verfahren entwickelt, um empfindliche Halbleiter f\u00fcr die solare Wasserspaltung (\u201eK\u00fcnstliches Blatt\u201c) mit einer organischen transparenten Schutzschicht zu versehen. Die extrem d\u00fcnne Schutzschicht aus vernetzten Kohlenstoffatomen ist stabil und leitf\u00e4hig und mit Katalysator-Nanopartikeln aus Metalloxiden bedeckt. Diese beschleunigen die Spaltung von Wasser unter Lichteinstrahlung. Die so hergestellte Hybridstruktur zeigt als Photoanode f\u00fcr die Sauerstoffentwicklung Stromdichten von \u00fcber als 15 mA\/cm2. Die Ergebnisse sind nun in Advanced Energy Materials ver\u00f6ffentlicht.<\/strong><\/p>\n

\"news_datei\"
Die Skizze zeigt den Aufbau der Probe: die n-dotierte Siliziumschicht (schwarz), eine d\u00fcnne Siliziumoxidschicht (grau), eine Zwischenschicht (gelb) und schlie\u00dflich die Schutzschicht (braun), auf der die Katalysatorpartikel mit dem Elektrolyten (gr\u00fcn) in Kontakt kommen. Bild: M. Lublow<\/figcaption><\/figure>\n

Ein \u201eK\u00fcnstliches Blatt\u201c besteht im Prinzip aus einer Solarzelle, die mit weiteren funktionalen Schichten kombiniert wird. Diese wirken als Elektroden und sind au\u00dferdem mit Katalysatoren beschichtet. Wird das komplexe Materialsystem in Wasser getaucht und beleuchtet, kann es Wassermolek\u00fcle zerlegen. Dabei entsteht Wasserstoff, der die Sonnenenergie in chemischer Form speichert. Nach dem gegenw\u00e4rtigen Stand der Technik gibt es jedoch noch mehrere Probleme: zum einen muss trotz der zus\u00e4tzlichen Materialschichten noch ausreichend Licht in die Solarzelle gelangen, um die Spannung f\u00fcr die Wasserspaltung zu erzeugen. Dar\u00fcber hinaus halten die Halbleitermaterialien, aus denen Solarzellen in der Regel bestehen, dem mit S\u00e4ure versetzten Wasser nicht lange stand. Daher braucht das \u201eK\u00fcnstliche Blatt\u201c eine stabile Schutzschicht, die gleichzeitig transparent und leitf\u00e4hig sein muss.<\/p>\n

Katalysator doppelt genutzt<\/h3>\n

Das Team arbeitete mit Proben aus Silizium, einem n-dotierten Halbleitermaterial, das als einfache Solarzelle bei Beleuchtung eine Spannung liefert. Die Materialwissenschaftlerin Anahita Azarpira, Doktorandin in der Gruppe von Dr. Thomas Schedel-Niedrig, pr\u00e4parierte diese Proben so, dass sich zun\u00e4chst Ketten von Kohlenstoff-Wasserstoff-Verbindungen auf der Siliziumoberfl\u00e4che bildeten. \u201eIn einem weiteren Schritt habe ich dann Nanopartikel aus dem Katalysator Rutheniumdioxid abgeschieden\u201c, erkl\u00e4rt Azarpira. Als Ergebnis bildete sich eine leitf\u00e4hige und stabile Polymerstruktur von nur drei bis vier Nanometern Dicke. Dabei waren die Reaktionen in der elektrochemischen Pr\u00e4parationszelle \u00fcberaus kompliziert und konnten erst jetzt am HZB aufgeschl\u00fcsselt werden.<\/p>\n

Mit diesem neuen Verfahren werden die Rutheniumdioxid-Partikel zum ersten Mal doppelt genutzt: Zuerst sorgen sie daf\u00fcr, dass eine effektive organische Schutzschicht entsteht. Damit werden die \u00fcblicherweise sehr komplizierten Verfahren zur Herstellung von Schutzschichten wesentlich vereinfacht. Erst dann erledigen sie ihren \u201enormalen Job\u201c und beschleunigen die Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff.<\/p>\n

Organische Schutzschicht kombiniert ausgezeichnete Stabilit\u00e4t und hohe Stromdichte<\/h3>\n

Die so gesch\u00fctzte Silizium-Elektrode erreicht Stromdichten von \u00fcber 15 mA\/cm2<\/sup>. Dies belegt, dass die Schutzschicht eine hohe Leitf\u00e4higkeit aufweist, was keineswegs selbstverst\u00e4ndlich f\u00fcr eine organische Schicht ist. W\u00e4hrend der gesamten Messdauer von 24 Stunden beobachteten die Forscher au\u00dferdem keine Degradation der Zelle, die Ausbeute blieb stabil. Bemerkenswert ist, dass bisher ein ganz anderes Material als organische Schutzschicht favorisiert wurde: Graphen. Dieses vieldiskutierte zweidimensionale Material konnte jedoch bisher nur eingeschr\u00e4nkt f\u00fcr elektrochemische Prozesse eingesetzt werden, w\u00e4hrend die am HZB entwickelte Schutzschicht sehr gut funktioniert. \u201eWeil sich das neuartige Material sowie das Abscheidungsverfahren auch f\u00fcr andere Anwendungen eignen k\u00f6nnten, streben wir nun internationale Schutzrechte an\u201c, sagt Teamleiter Thomas Schedel-Niedrig.
\n\u201cSustained Water Oxidation by Direct Electrosynthesis of Ultrathin Organic Protection Films on Silicon<\/strong>\u201d, Anahita Azarpira, Thomas Schedel-Niedrig, H.-J. Lewerenz, Michael Lublow* in Advanced Energy Materials<\/em> DOI: 10.1002\/ aenm.201502314<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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