Neuartige Solarzelle erreicht Weltrekord bei Wasserstoffherstellung

Die Universität Tübingen hat das Ergebnis einer aktuellen Forschung präsentiert. Dabei wird eine neuartige Solarzelle vorgestellt, die besonders effizient Wasserstoff erzeugen kann.

Wird Wasserstoff mit erneuerbaren Energien hergestellt, spricht man von grünem Wasserstoff. Dabei wird üblicherweise Strom zur Wasserspaltung genutzt, der durch Photovoltaik oder Windenergie erzeugt wird.

Das ist aber ineffizient, da eine separate Photovoltaik-Anlage und ein externer Stromkreis verwendet wird. Das erhöht nicht nur die Kosten für die Errichtung einer Produktionsanlage für grünen Wasserstoff, sondern auch die Energieverluste, die vom Einfangen des Sonnenlichts bis zur Erzeugung des Wasserstoffs im Katalysator entstehen.

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Künstliche Photosynthese

Deshalb wird an der sogenannten direkten solaren Wasserspaltung geforscht, auch künstliche Photosynthese genannt. Die Solarzelle ist dabei ein integrierter Bestandteil des Katalysators. Das spart zwar Platz und Kosten, hat aber hohe Voraussetzungen an die Solarzelle. Diese ist nämlich direkt mit dem Wasser, das gespaltet wird, in Berührungen oder gar im Wasser eingetaucht. „Unter Forschenden auf dem Gebiet ist die Realisierung von stabiler und effizienter direkter Wasserspaltung so etwas wie der ‚heilige Gral`“, sagt Matthias May der die Forschung an diesem Projekt an der Universität Tübingen leitet.

Und genau diesem Gral will man jetzt einen entscheidende Schritt näher gekommen sein. Die Solarzelle ist direkt im Katalysator verbaut und im Wasser eingetaucht. Durch die hohe Kontrolle der Grenzflächen zwischen den verschiedenen Materialien der Solarzelle, konnte ein besonders hoher Wirkungsgrad erzielt werden. Durch die Herstellung und Überprüfung der Oberflächen im Nanometerbereich ließen sich Kristalldefekte reduzieren, die die Effizienz der Solarzelle und deren Stabilität reduzieren.

Weltrekord bei der Effizienz

So konnte in Versuchen ein Wirkungsgrad von 18 Prozent erreicht werden. Der Wirkungsgrad gibt hier an, wie viel Prozent des einfallenden Sonnenlichts in nutzbare Wasserstoff-Energie (Heizwert) umgewandelt werden konnte.

18 Prozent ist der zweithöchste Wert, der bei der direkten solaren Wasserspaltung jemals erzielt wurde. Der Höchste liegt bei 19 Prozent. Wird aber die Fläche der Solarzelle berücksichtigt, ist es laut der Universität Tübingen sogar ein neuer Weltrekord.

Technologie kann kommerziell eingesetzt werden

Laut den Forschenden ist die Technologie skalierbar und kommerziell umsetzbar. Man habe eine Technologie entwickelt, die keine Anbindung an ein leistungsstarkes Stromnetz benötigt, um Wasserstoff herzustellen. Einen möglichen Einsatz sehen sie in kleineren Insellösungen, also etwa in abgelegen Gebieten oder Orten, die kaum Stromnetz-Infrastruktur haben. Dort wird derzeit etwa Diesel genutzt, um mit Generatoren Elektrizität herzustellen. Ein solcher Katalysator könnte grünen Wasserstoff günstiger herstellen, als wenn dort Photovoltaik-Anlagen und Speicherakkus samt Infrastruktur errichtet werden müssten.

Wann die Technologie voll einsatzbereit sein wird, ist nicht bekannt. Als Nächstes haben die Forschenden vor, die Langzeitstabilität des Systems zu erhöhen. Außerdem soll die Solarzelle mit günstigeren Materialien und in größeren Größen gebaut werden.