Wasserstoff-Herstellung mit Solarzellen

Neuer Wirkungsgrad-Rekord für die Wasserstoff-Herstellung mit Solarzellen aus Silizium

Forscher am Forschungszentrum Jülich haben eine Mehrfachsolarzelle aus Silizium entwickelt, die sich vergleichsweise kostengünstig produzieren lässt und Wasserstoff nach dem Prinzip der „künstlichen Photosynthese“ direkt mit Sonnenlicht erzeugt. Mit einem Gesamtwirkungsgrad von 9,5 Prozent konnten die Jülicher Wissenschaftler die Effizienz entsprechender Module auf Silizium-Basis deutlich steigern, der bisherige Rekordwert lag bei 7,8 Prozent


Solarmodule, die Wasserstoff statt Strom erzeugen, sind eine interessante Alternative zur Stromerzeugung mit Solarzellen. Denn der Wasserstoff lässt sich deutlich besser als elektrischer Strom speichern und bei der späteren Energiebereitstellung mit Wasserstoff fällt nur Wasser und kein Kohlendioxid an. Für einen wirtschaftlichen Betrieb müssen die Kosten und der Wirkungsgrad der solaren Wasserstofferzeugung jedoch noch weiter verbessert werden.


Die Solarmodule bestehen aus drei oder vier übereinander gestapelten Zellen, die ihrerseits aus mehreren Schichten aufgebaut sind. Durch den mehrlagigen Aufbau lässt sich das Sonnenlicht-Spektrum, das über verschiedene Wellenlängen reicht, effizienter einfangen.  Gleichzeitig erhöht sich die Spannung auf bis zu 2,8 Volt und bietet damit noch ausreichend Spielraum, um statt teurer Platinkatalysatoren auch weniger edle Metalle wie Nickel als Katalysator einzusetzen


Silizium-Dünnschichtsolarzellen 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. Die Dünnschichttechnologie bietet den Vorteil, dass sie mit deutlich weniger Material auskommt als die klassische Wafertechnologie, und sich die Halbleitermaterialien vergleichsweise kostengünstig großflächig aufbringen lassen. Gesamtwirkungsgrade von über 10 Prozent erscheinen durchaus machbar. Der nächste Schritt sei nun die Skalierung der Solarzellen auf größere Flächen.


Bild: Forschungszentrum Jülich – Wasserstoffentwicklung an der Photokathode mit Silizium-Dünnschichtsolarzelle (rechts), an der Metallelektrode (links) bildet sich Sauerstoff.
11.11.2015
KK

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