Lausanne – Forscher an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) http://epfl.ch setzen auf Eisenoxid, gemeinhin als Rost bekannt, um möglichst kostengünstig mittels Sonnenlicht Wasserstoff zu gewinnen und so Solarenergie zwischenzuspeichern. Sie haben dazu eine sogenannte photoelektrochemische Tandem-Solarzelle entwickelt, die vergleichsweise teure Halbleitermaterialien durch Metalloxide wie eben Rost ersetzt. Der in Nature Photonics vorgestellte Prototyp kann zwar nur 3,1 Prozent des einfallenden Lichts verwerten, doch stellt er nur einen ersten Schritt dar.
„Das System, mit dem wir uns beschäftigen, kann potenziell 16 Prozent Effizienz erreichen“, betont Kevin Sivula, Leiter des Laboratory for Molecular Engineering of Optoelectronic Material an der EPFL http://limno.epfl.ch , gegenüber pressetext. Gepaart mit den vergleichsweise geringen Fertigungskosten soll das die Rost-basierte Lösung zu einem nützlichen System zur Wasserstoffgewinnung machen und damit eine effizientere Solarenergienutzung ermöglichen.
Bekanntes Prinzip, neues Material
Die Neuentwicklung kombiniert den Oxid-Halbleiter mit einer Farbstoffsolarzelle, um mittels Sonnenlicht direkt aus Wasser Sauer- und Wasserstoff freizusetzen. Dieses Prinzip geht auf den EPFL-Chemieprofessor Michael Grätzel zurück und wird seit Jahren international verfolgt. Sivula verweist darauf, dass ein US-Team bereits eine Tandem-Zelle mit 12,4 Prozent Effizienz entwickelt hat, die aber gleichzeitig ein bislang großes Problem mit dem Ansatz aufzeigt. „Mit deren Methode würde es 10.000 Dollar kosten, eine Fläche von zehn Quadratzentimetern herzustellen.“ Sivulas Team wollte eben diese Kosten deutlich drücken.
Eisenoxid ist dafür ein guter Kandidat, da das Material billig und relativ stabil ist. „Rost ist normalerweise kein guter Halbleiter“, betont allerdings der Chemieingenieur. Deswegen kommt in der Neuentwicklung letztlich kein einfacher Rost zum Einsatz, sondern nanostrukturiertes Eisenoxid, dem andere relativ günstige Substanzen wie etwa Siliziumdioxid – im Prinzip Sand – beigemengt sind. Dadurch verbessern sich die Materialeigenschaften so weit, dass die Aufspaltung von Wasser in Sauer- und Wasserstoff mit dem Prototypen funktioniert.
Langfristiges Potenzial
Wirklich attraktiv machen den neuen Ansatz die geringen Kosten, aber noch ist die Effizienz der Neuentwicklung nicht wirklich praxistauglich. Doch die Forscher sind zuversichtlich. „Mit unserem günstigeren Konzept auf Basis von Eisenoxid hoffen wir, in einigen Jahren eine Effizienz von zehn Prozent zu erreichen, für weniger als 80 Dollar pro Quadratmeter“, erklärt Sivula. Um das zu erreichen, soll unter anderem an möglichst einfachen Fertigungsmethoden gearbeitet werden. Langfristig solle die Effizienz dem Forscher zufolge sogar bei weiterhin geringen Kosten noch weiter zu steigern sein – letztlich eben auf rund 16 Prozent.
pressetext.redaktionAnsprechpartner: Thomas Pichler
Rostrote Tandem-Zelle: billig zu Wasserstoff (Foto: EPFL/Alain Herzog)