Neue Solarzelle verwandelt Sonnenenergie direkt in Wasserstoff

 

Mehr zum Thema.

Benachrichtigung über neue Artikel:  
 
Lesezeit: 2 min
27.11.2014 10:24
Schweizer Wissenschaftler entwickeln Solarzellen, die die Photosynthese der Pflanzen nachahmen. Aus Sonnenlicht und Wasser sollen synthetische Brennstoffe wie Wasserstoff gebildet werden. Eine dem Mottenauge nachempfundene Beschichtung fängt das Licht ein und wandelt dessen Energie vollständig um.
Neue Solarzelle verwandelt Sonnenenergie direkt in Wasserstoff

Mehr zum Thema:  
Benachrichtigung über neue Artikel:  

Forscher haben eine photo-elektrochemische Zelle dem Mottenauge nachempfunden und dadurch die Lichtausbeute drastisch erhöht. Die Zelle besteht aus billigen Grundstoffen: Eisen- und Wolframoxid.

Eisenoxid, also Rost, könnte die Solartechnik revolutionieren: Aus dem (meist unerwünschten) Stoff lassen sich Photoelektroden herstellen, die Wasser spalten und dadurch Wasserstoff erzeugen. So wird Sonnenenergie nicht erst in Elektrizität, sondern direkt in einen wertvollen Brennstoff umgewandelt.

Leider hat das Ausgangsmaterial so seine Tücken: Eisenoxid ist zwar unschlagbar billig und absorbiert genau in dem Wellenlängenbereich, in dem die Sonne am meisten Licht aussendet. Doch es leitet elektrischen Strom sehr schlecht und muss daher immer in Form äußerst dünner Filme verarbeitet werden, damit die Wasserspaltung funktioniert. Der Nachteil: Diese dünnen Filme absorbieren zu wenig vom eingestrahlten Sonnenlicht.

Den Empa-Forschern Florent Boudoire und Artur Braun ist es nun nach eigenen Angaben gelungen, dieses Problem zu lösen: Eine spezielle Mikrostruktur der Photoelektrode fängt das Licht buchstäblich ein und lässt es nicht mehr heraus. Die Grundlage für diese innovative Struktur bilden winzige Partikel aus Wolframoxid, das wegen seiner satten, gelben Farbe ebenfalls für Photoelektroden benutzt werden kann.

Die gelben Kügelchen werden auf einer Elektrode aufgetragen und dann mit einer hauchdünnen (nanoskaligen) Schicht Eisenoxid überzogen. Fällt von Außen Licht auf die Partikel, wird es in innen mehrfach hin und her reflektiert. Schließlich ist alles Licht absorbiert, und die gesamte Energie steht für die Spaltung von Wassermolekülen zur Verfügung. Auf diese Weise erzeugt die Photozelle aus Wasser den ökologisch vorteilhaften Brennstoff Wasserstoff.

Im Grunde funktioniere die neu erdachte Mikrostruktur wie das Auge einer Motte, erklärt Florent Boudoire: Die Augen von Nachtfaltern müssen viel Licht einsammeln – und dürfen so wenig wie möglich reflektieren, sonst wird der Falter entdeckt und gefressen. Die Mikrostruktur dieser Augen ist speziell auf die Wellenlänge des Lichts angepasst. Die Photozelle der Empa nutzt den gleichen Effekt.

Um künstliche Mottenaugen aus Metalloxidkügelchen herzustellen, besprühte Florent Boudoire eine Glasscheibe mit einer Suspension aus Kunststoffpartikeln, die in ihrem Inneren jeweils ein Tröpfchen Wolframsalzlösung enthielten. Die Partikel bedecken das Glas wie eine Schicht Murmeln, die dicht aneinander liegen. Dann steckte er das Ganze in den Ofen; der Kunststoff verbrennt, und aus den einzelnen Tröpfchen der Salzlösung entstehen die gewünschten Wolframoxidkügelchen. In einem weiteren Sprühvorgang wird diese Struktur mit Eisensalz überzogen und erneut im Ofen erhitzt.

Nun könnte man das Mixen, Sprühen und Brennen für reine Alchemie halten – für eine Versuchsreihe, die Zufallstreffer erzielt. Doch parallel zu ihren Experimenten haben die Forscher Modellrechnungen am Computer durchgeführt und das „Einfangen des Lichts“ in den Kügelchen am Computer simuliert.

Das Ergebnis der Simulationen stimmte mit den Versuchen überein, wie Projektleiter Artur Braun bestätigt. Es ist klar zu erkennen, wie viel das Wolframoxid zum Photostrom beiträgt und wie viel das Eisenoxid. Und: je kleiner die Kügelchen sind, desto mehr Licht landet auf dem Eisenoxid, das die Kügelchen überdeckt. In einem nächsten Schritt wollen die Forscher untersuchen, welche Effekte mehrere übereinander liegende Schichten von Kügelchen auslösen können. Die Arbeit an der Mottenaugen-Solarzelle geht also weiter.


Mehr zum Thema:  

DWN
Unternehmen
Unternehmen Elektromobilität: In jedem Wandel stecken Chancen

Emissionen verringern, Kosten sparen und Imagegewinne erzielen – die Gründe für Unternehmen, in der Flotte auf Fahrzeuge mit...

DWN
Deutschland
Deutschland Datenschutz: Bundesregierung will Steuer-ID auch für Rentenübersicht nutzen

Einem Gesetzesentwurf zufolge soll ein Bürger, wenn er über das Internet seine Rentenansprüche abfragen will, seine...

DWN
Deutschland
Deutschland Die dunkle Seite des Kurzarbeitergelds: Die Autobauer nutzen es, um die Produktion zu verschlanken - und Massen-Entlassungen vorzunehmen

Das Kurzarbeiter-Geld sollte Entlassungen verhindern - doch im Endeffekt hat es den gegenteiligen Effekt.

DWN
Deutschland
Deutschland Corona-Panikmache: Es gab keine Superspreaderin in Garmisch-Partenkirchen

In Garmisch-Partenkirchen gab es keine Corona-Superspreaderin, die nachts von Kneipe zu Kneipe gezogen ist, um die Menschen zu infizieren....

DWN
Finanzen
Finanzen Private-Equity-Firmen nutzen Schulden-Boom, um sich selbst hohe Dividenden zu zahlen

Private-Equity-Firmen gehören zu den Profiteuren der aktuell starken Nachfrage nach Unternehmensschulden. Sie decken ihre Unternehmen im...

DWN
Politik
Politik Wegen Nawalny: EU-Parlament beschließt Resolution für härtere Sanktionen gegen Russland

Das EU-Parlament hat eine Resolution verabschiedet, die die Einführung von noch härteren Sanktionen gegen Russland vorsieht. Russland...

DWN
Politik
Politik US-Geopolitiker Friedman: Eine russisch-deutsche Entente würde Europa dominieren

Im Gespräch mit den Deutschen Wirtschaftsnachrichten sagt der umstrittene US-Geopolitiker George Friedman, dass eine deutsch-russische...

DWN
Finanzen
Finanzen Dax am Freitag im Plus: Anleger überstehen «Hexensabbat» bislang gut

Die Anleger am deutschen Aktienmarkt haben den «Hexensabbat» am Freitag bislang ohne größere Blessuren überstanden. Zuvor waren auch...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Aller politischen Querelen zum Trotz: Wie die Wirtschaft Deutschland und Polen zusammenhält

Polen hat nach der politischen Wende eine erstaunliche Entwicklung genommen. Das Land ist mittlerweile nicht mehr aus der Wirtschaft...

DWN
Politik
Politik Reine Planwirtschaft: EU-Bürokraten zwingen Autobauer zur Produktion von mehr E-Autos

Die europäischen Autobauer müssen in den nächsten zehn Jahren strengere Kohlendioxid-Emissionsvorschriften erfüllen. Für die Branche...

DWN
Deutschland
Deutschland Virologe Drosten: Corona-Lage könnte sich auch hierzulande zuspitzen

Mit Blick auf die verschärfte Corona-Lage in manchen anderen europäischen Ländern hat der Star-Virologe Christian Drosten vor einer...

DWN
Deutschland
Deutschland Corona-Gesetze: Bundesregierung investiert in die Digitalisierung, nicht in mehr Ärzte

Die Bundesregierung wird angesichts der Corona-Krise Milliarden in Krankenhäuser und Gesundheitsämter investieren. Doch das Geld fließt...

DWN
Deutschland
Deutschland Bundestag beschließt Erhöhung der Kfz-Steuer bei Autos mit hohem Spritverbrauch

Ab 2021 steigt für neue Autos mit hohem Spritverbrauch die Kfz-Steuer.

DWN
Politik
Politik Die Mär vom „Sturm auf den Reichstag“ stinkt zum Himmel

Am 29. August fand kein „Sturm auf den Reichstag“, sondern eher eine groteske Inszenierung statt. Das Spektakel löste einen...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Massenentlassungen und Werksaufgaben: In Deutschlands Zuliefer-Industrie herrscht der Ausnahmezustand

Die Serie an Massenentlassungen und Werksschließungen in Deutschlands Zulieferindustrie setzt sich ungebremst fort. Die Lage ist...

celtra_fin_Interscroller