Solarwasserstoff effizient direkt erzeugen

Maßgeblich beteiligt an dem Erfolg waren die Physiker Matthias May – er arbeitet am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) – und Prof. Thomas Hannappel, der kürzlich vom HZB zur TU Ilmenau wechselte. Sie benutzten dafür eine Tandem-Solarzelle aus III-V-Halbleitern auf einem Germanium-Substrat. Mit einem patentierten photoelektrochemischen Verfahren veränderten sie die Oberfläche der Vorderseite, um die Funktion bei der Wasserspaltung zu verbessern. „Wir haben insbesondere die Aluminium-Indium-Phosphid-Schichten in situ elektronisch wie chemisch passiviert und damit effizient an die Katalysatorschicht für die Wasserstofferzeugung angekoppelt. Dabei konnten wir die Oberflächenzusammensetzung auf der Subnanometerskala kontrollieren“, erklärt May. Gut ein Quadratzentimeter (cm2) groß ist die Zelle. Doch anders als bei konventionellen Solarzellen, die in Modulen elektrisch verschaltet möglichst groß sein sollen, ist Mays Modell-Zelle nicht weit vom Optimum für den Masseneinsatz entfernt: Etwa 2 mal 2 cm2 hätten Designoptimierer errechnet, sagt der Wissenschaftler. Jede einzelne – ins saure Wasser mit einem Ph-Wert von möglichst 0 gesetzte – Zelle produziert auf der Vorderseite Wasserstoff, der oberhalb des Beckens abgefangen wird. Zwischen den einzelnen Zellen verhindern Protonenmembranen, dass die H+-Teilchen sich „verlaufen“. Derzeit ist May dabei, die Langzeitstabilität wesentlich zu erhöhen: Er strebt mindestens 10000 Stunden an. Vor einem Jahr funktionierten die Zellen gerade mal ein paar Sekunden, aktuell arbeiten sie schon etwa 40 Stunden optimal. Bei solchen Laufzeiten würde die Wasserstofferzeugung knapp vier Dollar pro kg kosten. Das wäre nach Matthias Mays Aussage wirtschaftlich. Text:Heinz Wraneschitz