Auf dem Weg zur effizienten direkten solaren Wasserstofferzeugung wurden im Rahmen des H2Demo-Projekts die ersten Photoelektroden hergestellt und unter Betriebsbedingungen getestet. Die hergestellte Photokathode besteht aus einer GaInP/AlGaAs/Si-Dreifachabsorberstruktur, die am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme gewachsen wurde, und einer ultradünnen, konformen TiO2-Schutzschicht, die durch Atomlagenabscheidung an der Technischen Universität München synthetisiert wurde. Um die katalytische Aktivität für die Wasserstoffentwicklungsreaktion zu verbessern, und damit die Effizienz der Photoelektrode zu erhöhen, wurde zusätzlich eine Platin Katalysatorschicht aufgesputtert. Die aufgebrachte TiO2-Schutzschicht sorgt in diesem Design für die nötige Stabilität unter photoelektrochemischen Betriebsbedingungen bei gleichzeitigem Erhalt der maximalen Solar-zu-Wasserstoff-Effizienz. Für die photoelektrochemische Charakterisierung wurde die Photokathode aus GaInP/AlGaAs/Si in einer Drei-Elektroden-Konfiguration mit einer Silberchlorid-Referenzelektrode, einem Pt-Draht als Gegenelektrode und der Photokathode als Arbeitselektrode verbunden und in 1,0 M Schwefelsäure als Elektrolyt vermessen.

Das Konzept der direkten solaren Wasserstofferzeugung konnte mit dieser ersten hergestellten Photokathode in H2Demo erfolgreich auf einer Elektrodenfläche von 1 cm2 demonstriert werden. Der Strom-Spannungsverlauf unter einer Beleuchtung mit 1000 W/m2 AM1.5g zeigt ein elektrochemisches Leerlaufpotential von 2,28 V gegen die reversible Wasserstoff-Elektrode und eine Sättigungsstromdichte von mehr als 7,5 mA/cm2 (siehe Abbildung). Unter der Annahme eines Faraday‘schen-Wirkungsgrads von 100 % würde dieser erste Versuch einem Solar-zu-Wasserstoff Umwandlungswirkungsgrad von 9,2 % entsprechen. Während hohe Wirkungsgrade noch nicht das Ziel der Experimente mit dieser ersten hergestellten Photoelektrode waren, zeigt die durchgeführte Studie einen erfolgreichen Weg zur Herstellung von Photoelektroden und dies konnte erstmals mit einer III-V Tandemstruktur erreicht werden, welche direkt auf Silicium abgeschieden wurde.