TU Ilmenau
Effizienzrekord bei direkter solarer Wasserspaltung
Forschern der TU Ilmenau ist es gelungen, Eigenschaften der Grenzfläche zwischen Silizium und III-V-Halbleitern so zu kontrollieren, dass der Wirkungsgrad bei der direkten solaren Wasserspaltung von 12,4 auf 14 Prozent wuchs. Hinsichtlich der wirtschaftlichen Zukunftschancen des Verfahrens sind die Forscher optimistisch.
Bei der sogenannten direkten solaren Wasserspaltung oder künstlichen Photosynthese wird Sonnenlicht von einem Halbleiter absorbiert, der freie Ladungsträger abgibt, deren Energie zur Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff verwendet wird. Für die Effizienz des Verfahrens kommt es entscheidend auf das Design der Photoelektroden an.
Prof. Hannappel, Leiter des Fachgebiets für Photovoltaik der TU Ilmenau glaubt, dass Silizium das geeignete Material ist, um die solare Photolyse wirtschaftlich zu betreiben. »Dieses ausgereifte Material eignet sich hervorragend als Basissubstanz für hocheffiziente, kostengünstige Bauelemente. Es ist fast unbegrenzt verfügbar und besitzt nahezu ideale physikalisch-chemische Eigenschaften«, sagt Hannappel. Jedoch kommen bei der Verwendung von Silizium Baugruppen mit verschiedenen Halbleiterfamilien zusammen, was höchste Anforderungen an das Design der Grenzflächen der Materialien stellt.
Den Ilmenauern gelang der Aufbau dieser Übergänge besonders gut, was den Wirkungsgrad im Labor auf 14 Prozent steigerte. Damit lösten sie den schon 17 Jahre alten Effizienzweltrekord in der direkten solaren Wasserspaltung des National Renewable Energy Laboratory aus den USA (12,4 Prozent) ab.
Die Forscher glauben, dass die Wasserstoffherstellung mit in großen Massen verfügbaren Halbleitermaterialien und einer Effizienz ab 15 Prozent rentabel wird. Für die Zukunft seines Verfahrens ist Hannappel jedenfalls sehr optimistisch. »Unser Zugang ist besonders, ja weltweit einmalig. Unsere Leistung besteht darin, an den entscheidenden Stellen ganz genau hinschauen zu können. In diesem Fall hieß es, die Oberflächen von Halbleitern gezielt zu manipulieren.«
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