Bei der solaren Wasserspaltung, häufig auch als künstliche Photosynthese bezeichnet, wird grüner Wasserstoff mit Energie aus der Sonne hergestellt. Im Rahmen des H2Demo Projektes hat ein Forschungsteam um Dr. Matthias May an der Universität Tübingen basierend auf einer Solarzelle des Projektpartners AZUR SPACE eine effiziente photoelektrochemische Zelle entwickelt, die eine Sonne-zu-Wasserstoff Effizienz von 18% zeigt..

Dieser innovative Ansatz zur direkten solaren Wasserspaltung macht einen externen Stromkreis überflüssig, da kein externer Elektrolyseur mehr benötigt wird. Der neu entwickelte Schlenk-Zellen Ansatz mit optischer in-situ Kontrolle ermöglicht eine präzise Steuerung der Eigenschaften der Grenzfläche zwischen Materialschichten und Elektrolyt. Die Funktionalisierung des Solarabsorbers führt zu einer transparenten Katalysatorschicht auf einer spezifisch erzeugten Oxidschicht, welche die Spaltung von Wasser direkt auf der Oberfläche der Solarzelle ermöglicht.

Die Entwicklungen im Rahmen der Doktorarbeit von Erica Schmitt führten zu einer Sonne-zu-Wasserstoff Effizienz von 18% auf drei Mal größeren Flächen als der bisherige Weltrekord von 19% für die direkte solare Wasserspaltung bei gleichzeitig längeren Lebensdauern der Photoelektroden. Die nächsten Schritte im Verbundprojekt H2Demo umfassen die Verbesserung der Langzeitstabilität, den Transfer auf ein kostengünstigeres Materialsystem auf Siliziumbasis und die Skalierung auf größere Flächen.

Publikation:

Schmitt EA, Guidat M, Nusshör M, Renz A-L, Möller K, Flieg M, Lörch D, Kölbach M, and May, MM. Photoelectrochemical Schlenk cell functionalization of multi-junction water-splitting photoelectrodes. Cell Reports Physical Science 4 (2023), 101606, https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2023.101606.