17.10.2023 Wasserstoff-Grundlagenforschung
H2Demo entwickelt Solarzelle für direkte solare Wasserspaltung
Eine neuartige Solarzelle, die mit Sonnenlicht Wasser direkt spalten und Wasserstoff produzieren kann und dabei auch noch einen hohen Wirkungsgrad hat – eine solche Solarzelle hat das interdisziplinäre Team des Projekts H2Demo entwickelt. Zum Einsatz kommen könnte die Technologie in der dezentralen Energieversorgung.
Der Energieträger Wasserstoff lässt sich gut speichern und transportieren. Er kann fossile Brennstoffe wie Kohle und Erdgas ersetzen und dazu beitragen, die CO2-Emissionen zu verringern und die Klimaziele zu erreichen. Dies gilt umso mehr für Grünen Wasserstoff, der aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. Mit Strom aus Windkraft oder Photovoltaik wird Wasser durch Elektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Eine besondere Form der Elektrolyse ist die solare Wasserspaltung. Bei dieser Methode wird die Energie nicht in Form von Strom von außen zugeführt, sondern die Energie der Sonne wird direkt genutzt, um das Wasser zu spalten.
Detailaufnahme der Solarzelle: Der mit Licht erzeugte Wasserstoff ist in Form der Gasblasen, die sich auf der Oberfläche bilden, zu sehen.
© Valentin Marquardt / Universität Tübingen
Kompakt, flexibel und mit hohem Wirkungsgrad
Die Spaltung des Wassers erfolgt an speziellen Katalysatoren, die den Prozess beschleunigen. Mit diesen ist die Solarzelle, die die Forschenden des Projekts H2Demo konstruiert haben, direkt gekoppelt. Die Solarzelle ist also in die Apparatur integriert. Dadurch wird die Technologie kompakter, flexibler und potenziell kosteneffizienter. Gleichzeitig hat sie einen hohen Wirkungsgrad von 18 Prozent – das ist der zweithöchste Wert, der jemals bei der solaren Wasserspaltung gemessen wurde. Im Gegensatz zu herkömmlichen Solarzellen benötigt die Technologie keinen externen Stromkreis und kann für eine dezentrale Energieversorung genutzt werden. Dazu zählt die Erzeugung von Strom nah am Ort des Verbrauchs – beispielsweise durch Windenergie-Anlagen, Photovoltaik-Anlagen oder Brennstoffzellen.
Das Vorhaben H2Demo zählt zu den Projekten der Wasserstoff-Grundlagenforschung, die das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert. Im nächsten Schritt konzentrieren sich die Projektbeteiligten darauf, die Langzeitstabilität der neu entwickelten Solarzelle weiter zu verbessern. Denn: Da sie sich direkt im Wasser befindet, ist Korrosion eine große Herausforderung, die es zu meistern gilt. Ziel ist es, die Technik aus dem Labormaßstab auf größere Flächen zu skalieren und in Demonstratoren zu testen.
