Technologie

Neue Solarzelle verwandelt Sonnenenergie direkt in Wasserstoff

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.

Inhalt wird nicht angezeigt, da Sie keine externen Cookies akzeptiert haben. Ändern..


Mehr zum Thema:  

DWN
Finanzen
Finanzen Ausweg aus der Krise durch alternative Bezahlplattform

Das Vertrauen in die Banken und die Politik schwindet zusehends. Die aktuell schwierige wirtschaftliche Lage, welche aufgrund der Covid-19...

DWN
Finanzen
Finanzen Selbst überfliegende Kryptowährungen sind nicht vor irdischen Problemen gefeit

In der bekanntesten Weltraumserie aller Zeiten dringt das Raumschiff Enterprise in Galaxien vor, die nie ein Mensch zuvor gesehen hat....

DWN
Unternehmen
Unternehmen Ausgerechnet jetzt: Banken verschärfen ihre Kreditvergabepolitik für den Mittelstand

Die deutschen Banken verschärfen ihre Kreditvergabepolitik – allerdings nur für den Mittelstand.

DWN
Deutschland
Deutschland Auftragsrekord für Baubranche: Warnung vor Immobilienblase

Niemals hat die deutsche Baubranche so viele Neuaufträge in einem Februar erhalten wie dieses Jahr. Forscher sehen in der Entwicklung eine...

DWN
Finanzen
Finanzen Auszug oder Umbau: Was tun, wenn Senioren das Haus zu groß wird?

Senioren haben auf dem Immobilienmarkt meistens ein anderes Problem als der suchende Rest: Ihnen steht nach Auszug der Kinder oder Verlust...

DWN
Deutschland
Deutschland Gilt ab heute: Ausgangsbeschränkung umfasst auch Bahn-Reisen und Flüge in Hochinzidenz-Städte

Bahn-Reisen, Flüge und private Autofahrten in Hochinzidenz-Städte sind während der nächtlichen Ausgangsbeschränkung laut einem Bericht...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Familienunternehmer fällen vernichtendes Urteil über Merkel-Regierung

Die Unzufriedenheit der Familienunternehmer mit der Bundesregierung ist auf einen historischen Rekord angestiegen. Denn die Politik der...

DWN
Deutschland
Deutschland Hochschulen wünschen sich Ausnahmen von der "Bundes-Notbremse"

Die Hochschulen fordern von der Bundesregierung schnelle Klarstellungen im Zusammenhang mit der sogenannten Bundes-Notbremse, die am...

DWN
Politik
Politik Baerbock verknüpft Klima-Politik mit dem US-Feldzug gegen China

Die Grüne Annalena Baerbock fordert eine „Klimapartnerschaft“ mit den USA. Diese soll auf einem sonderbaren geopolitischen Fundament...