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Elektrochemische Perowskit-Solarzelle

Forscher entwickeln preiswerte Zelle zur Umwandlung von Sonnenlicht in Wasserstoff

56/2014

Theoretisch würde die auf der Erdoberfläche auftreffende Energie der Sonne ausreichen, um den gesamten Energiebedarf der Menschheit um mehr als das fünftausendfache zu decken. In den letzten Jahren wurden daher die Systeme zur Umwandlung des Sonnenlichts in nutzbare Energie immer weiter verbessert. Doch noch immer fehlt es an geeigneten Speichertechnologien, um die Sonnenenergie auch in der Nacht oder an Tagen mit geringer Sonnenstrahlung verwenden zu können. Eine Möglichkeit wäre die Umwandlung der Sonnenenergie in synthetisches Erdgas und die Speicherung im Erdgasnetz. Die erste Solargas-Anlage wurde 2011 im Hunsrück in Betrieb genommen.

 

Ein anderes Konzept zur Speicherung der Sonnenenergie sieht die Wandlung des Sonnenlichts in Wasserstoff vor. Das Prinzip der Wasserstofferzeugung mittels Photovoltaik ist dabei nicht neu, galt aber aufgrund der zur Anwendung kommenden hochpreisigen Werkstoffe wie Gallium und Indium als zu kostenintensiv.

 

Bereits im letzten Jahr haben Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Berlin in Kooperation mit Forschern der Technischen Universität Delft von der erfolgreichen Entwicklung einer preiswerten elektrochemischen Solarzelle auf Siliziumbasis berichtet. Herausragend an der Entwicklung war die Verwendung einer einfachen Silizium-Dünnschicht-Solarzelle, die mit einer Photo-Anode aus einem Metalloxid gekoppelt war. Die Anode griff den in der Solarzelle erzeugten Strom ab und dichtete die Zelle zugleich ab. Denn zur anderen Seite stand die Anode direkt mit Wasser in Berührung, das bei Stromfluss in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten wurde. Als Metalloxid verwendeten die Forscher Verbindungen auf Wismut-Vanadat, die mit Wolfram-Atomen angereichert wurden. Auf diese Weise konnten 80 Prozent der eingefangenen Photonen genutzt werden. Der Wirkungsgrad des Laborsystems lag bei fünf Prozent.

 

Im aktuellen Fachmagazin „Science“ berichtet ein internationales Forscherteam nun über die Entwicklung einer neuen Solarzellentechnik unter Verwendung von Nickel und Eisen sowie des Minerals Perowskit. Mit dieser erreichten die Wissenschaftler bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Wasserstoff eine Effizienz von 12,3 %. Dabei gehen sie davon aus, dass dieses sehr gute Ergebnis mit zahlreichen Methoden noch weiter gesteigert werden könnte.

 

"Obwohl die genannte Wasserspaltungseffizienz von zwölf Prozent schon außergewöhnlich ist, gibt es mehrere Wege zu einer Verbesserung", schreibt Thomas Hamann von der Michigan State University in einem "Science"-Kommentar. So ließe sich die Effizienz bis auf Werte um 20 % steigern, wenn Perowskit-Solarzellen mit einem Halbleiter wie Silizium kombiniert würden.

 

Gesamter Forschungsbericht im Science Magazin unter: www.sciencemag.org

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