Das Aufspalten von Wasser in Wasser- und Sauerstoff bietet einen interessanten Ansatz zur effizienten Speicherung von erneuerbarer Energie in großem Stil. Wissenschaftler der TU Delft und AMOLF haben eine stabile Foto-Elektrode entwickelt, die mit hohem Wirkungsgrad Licht absorbiert und Wasser direkt in seine Grundbestandteile aufspaltet. Als lichtabsorbierendes Material werden Silizium-Wafer verwendet, so dass das System auch noch sehr preiswert gestaltet werden kann. Die Wissenschaftler haben ihre Erfindung mittlerweile in Nature Communications publiziert.
 

Energieumwandlung

Fotochemische Wasseraufspaltung (PEC) wird als nachhaltige Methode im Rahmen einer sauberen Produktion erneuerbarer Brennstoffe angesehen. Dabei wird das Sonnenlicht direkt in chemische Energie umgesetzt. Der Wasserstoff kann zum Beispiel in Brennstoffzellen elektrischer Autos eingesetzt oder in andere nachhaltige Stoffe verwandelt werden. Die neue Fotoelektrode ist äußerst effizient und bleibt mehr als 200 Stunden stabil. Besonders der zweite Punkt verdient Aufmerksamkeit, denn bisher konnte eine Stabilität von nicht mehr als fünf Stunden erreicht werden.

MIS

Es ist wesentlich, dass ein PEC-System einen ausreichend hohen Fotostrom und Fotospannung erreicht, um eine Wasseroxydation zu ermöglichen. Dabei muss man meist einen Kompromiss zwischen Wirkungsgrad und Lebensdauer eingehen: Die Verbesserung des einen Parameters hat eine Verschlechterung des anderen zur Folge. Bei der neuen Elektrode werden beide Probleme getrennt behandelt und erst danach “zusammengeführt”: eine neue Isolierlage zur Stablisierung der Silizium-Fotoelektrode und zwei Metalle, um die Fotospannung zu erhöhen. Diese Herangehensweise in Form eines Metall-Isolator-Halbleiterübergang (MIS, metal-insulator-semiconductor junction) hat sich nicht nur als sehr effizient, sondern auch als langlebig herausgestellt.