Ein Forschungsteam der Universität Tübingen hat eine neuartige Solarzelle entwickelt, die mit einem hohem Wirkungsgrad von 18 Prozent Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spalten kann.

 

Die neuartige Solarzelle der Uni Tübingen ermögliche eine dezentrale Herstellung von grünem Wasserstoff und habe das Potenzial für Anwendungen im industriellen Maßstab. Das Forschungsteam um Matthias May vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Tübingen teilte mit, die Solarzelle sei integraler Bestandteil der photoelektrochemischen Apparatur und arbeite direkt mit den Katalysatoren für die Wasserspaltung zusammen.

Bei der solaren Wasserspaltung, häufig auch als künstliche Photosynthese bezeichnet, wird Wasserstoff mit Energie aus der Sonne hergestellt. Mit diesem Aufbau werden auch die Anforderungen an die Solarzelle größer. Besonders schwierig sind laut der Forscher kleine Kristalldefekte, die beispielsweise beim Wachstum der Solarzellenschichten entstehen. Diese verändern auch die elektronische Struktur und können damit einerseits die Effizienz und andererseits die Stabilität des Systems senken.

Insgesamt bleibe die Korrosion und somit die Langzeitstabilität der sich im Wasser befindenden Solarzelle die größte Herausforderung. „Hier haben wir nun große Fortschritte im Vergleich zu unseren früheren Arbeiten gemacht“, sagte May. Das Besondere am Aufbau der Solarzelle ist die hohe Kontrolle der Grenzflächen zwischen den verschiedenen Materialien. Die Oberflächenstrukturen werden hier auf einer Skala von wenigen Nanometern hergestellt und überprüft.

Solarzelle erreicht 18 Prozent Wirkungsgrad

Die Effizienz der solaren Wasserspaltung wird in Form des Wirkungsgrades gemessen. Der Wirkungsgrad zeigt dabei an, wie viel Prozent der Energie des Sonnenlichts man in nutzbare Energie des Wasserstoffs in Form des Heizwertes des Brennstoffes umwandeln kann. Mit einem Wirkungsgrad von 18 Prozent präsentierte das Tübinger Forschungsteam den zweithöchsten je gemessenen Wert für die direkte solare Wasserspaltung mit einer Solarzelle und sogar einen Weltrekord, wenn man die Fläche der Solarzelle berücksichtigt.
 
Dass die Technologie kommerzialisierbar ist, zeigten laut den Forscherinnen und Forschern inzwischen mehrere Ausgründungen an anderen Universitäten mit deutlich geringeren Effizienzen. Erica Schmitt, Erstautorin der Studie, sagt: „Was wir hier entwickelt haben, ist eine Technologie der solaren Wasserstofferzeugung, die keine leistungsstarke Anbindung an das Elektrizitätsnetz erfordert.“ Dadurch seien auch dauerhafte, kleinere Insellösungen zur Energieversorgung denkbar.

Die Tübinger Arbeiten sind eingebettet in das Verbundprojekt H2Demo, an dem unter anderem das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesystem (ISE) beteiligt ist. Die nächsten Schritte umfassen eine längere Stabilität, den Transfer auf ein kostengünstigeres Materialsystem auf Siliziumbasis und die Skalierung auf größere Flächen.